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一、概述 Thorlabs公司的光譜分析儀（OSA）是以波長(zhǎng)為函數(shù)關(guān)系測(cè)量光源光功率的通用儀器。該儀器對(duì)于分析寬帶光信號(hào)、增益芯片的法布里-玻羅模式或長(zhǎng)相干長(zhǎng)度單模外諧振腔激光器而言是綽綽有余的。類似的OSA還有典型的基于光柵的單色儀。Thorlabs公司的OSA是一種傅里葉變換光譜分析儀（FT-OSA），采用以插/拔構(gòu)造的掃描邁克爾遜干涉儀構(gòu)建，如下圖所示。這種構(gòu)造可以實(shí)現(xiàn)帶額外高精度波長(zhǎng)計(jì)的全功能OSA設(shè)計(jì) 
圖1 光譜分析儀（OSA） 二、設(shè)計(jì)原理 OSA203具有一個(gè)FC/PC型光纖輸入端。它可以使用?50微米的單模或多模光纖。如需要求，我們也可以提供其它輸入插頭。該儀器設(shè)計(jì)用于測(cè)量連續(xù)波光源，不能工作在一些使用脈沖光源的應(yīng)用之中。請(qǐng)聯(lián)系技術(shù)支持討論脈沖光源應(yīng)用的解決方案。在準(zhǔn)直輸入信號(hào)后，光信號(hào)會(huì)被一個(gè)分束器分為兩路光路。這兩路光路的光程差在0到±40毫米之間變化。準(zhǔn)直的光場(chǎng)在分束器會(huì)發(fā)生干涉。左圖中顯示的探測(cè)器部件記錄干涉圖樣，一般稱之為干涉圖。這種干涉圖是輸入光譜的自相關(guān)波形。通過(guò)將該波形進(jìn)行傅里葉變換后，就可以復(fù)現(xiàn)出光譜信號(hào)。最終得到的光譜具有高分辨率和很寬的波長(zhǎng)覆蓋范圍，其中光譜分辨率與光延遲范圍相關(guān)。其波長(zhǎng)范圍會(huì)被探測(cè)器和光學(xué)鍍膜的帶寬所限制。此外，我們系統(tǒng)包含了穩(wěn)頻HeNe參考激光器，因此其精度就得到了保障，該激光器可以提供高精度的光路長(zhǎng)度變化測(cè)量，使系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的自校準(zhǔn)。該過(guò)程保證了精度超越光柵型OSA的光學(xué)分析能力。
Thorlab公司的光譜分析儀采用兩個(gè)反射器，如左圖所示。這些反射器安裝在一個(gè)音圈驅(qū)動(dòng)平臺(tái)上，該平臺(tái)可以使干涉儀的兩個(gè)參考臂同時(shí)、反方向進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化。當(dāng)平臺(tái)移動(dòng)時(shí)，干涉儀的光程差（OPD）變化是平臺(tái)機(jī)械運(yùn)動(dòng)距離的四倍。OPD的變化直接與FT-OSA的最小精度成比例。通過(guò)該裝置，OSA203可以在1550納米光波下將光譜特性值變?yōu)?0皮米。光譜分辨率是根據(jù)瑞利判據(jù)而定義的。當(dāng)用作波長(zhǎng)計(jì)時(shí)，其分辨率會(huì)發(fā)生明顯改善（對(duì)于OSA203而言是0.2皮米）。我們的光譜分析儀采用了一個(gè)嵌入式的自穩(wěn)定HeNe參考激光器來(lái)通過(guò)干涉方式記錄光程長(zhǎng)度的變化。該參考激光器位于干涉儀內(nèi)部，與未知光具有相同的光路，這樣一來(lái)兩個(gè)光源的光程變化就完全相同了。干涉儀還采用了一塊色散補(bǔ)償板來(lái)修正干涉儀兩參考臂的波長(zhǎng)相關(guān)的光程長(zhǎng)度差異，這種差異是由分束器造成的。 三、參數(shù)規(guī)格
圖3 光譜儀參數(shù)規(guī)格 四、操作 其圖形用戶界面便于用戶在通過(guò)USB接口連接到FT-OSA的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行操作。該計(jì)算機(jī)可以記錄FT-OSA產(chǎn)生的干涉信號(hào)，然后將其進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT）后就可以得到最后的光譜結(jié)果。單色光可以通過(guò)采用FT-OSA的波長(zhǎng)計(jì)模式以亞皮米分辨率進(jìn)行觀察。寬帶光則可以用OSA的軟件進(jìn)行觀察，該軟件帶有內(nèi)置縮放和峰值分析功能。其中的峰值辨別器可以選擇超過(guò)用戶定義強(qiáng)度的波帶，并根據(jù)其波長(zhǎng)（納米）、波數(shù)（cm-1）或頻率（GHz）來(lái)顯示。該儀器在1550納米波長(zhǎng)時(shí)的光譜分辨率為60皮米，波長(zhǎng)精度高于2皮米。在波長(zhǎng)儀模式下分辨率為0.2皮米。 五、軟件 購(gòu)買FT-OSA將附帶的臺(tái)式計(jì)算機(jī)，其中預(yù)裝有軟件包。預(yù)裝的軟件帶有定制的圖形用戶界面，用具獲取、檢查、操縱和分析光譜數(shù)據(jù)和干涉圖。該軟件便于定位和追跡光譜的波峰和波谷、在整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)量輸入光功率、實(shí)時(shí)計(jì)算吸收光譜或隨著時(shí)間追蹤各種參數(shù)變化。該儀器還附帶設(shè)備接口庫(kù)，包含數(shù)據(jù)獲取的多種程序、儀器控制和光譜數(shù)據(jù)處理和操作。該接口庫(kù)還可以通過(guò)Labview、C、C++、C#、Java或其他編程語(yǔ)言來(lái)為用戶自身應(yīng)用開發(fā)定制軟件。每臺(tái)OSA都附帶一套Labview程序，可以協(xié)助您編寫您需要的應(yīng)用程序。下面的截屏圖是用附帶的軟件生成的。每個(gè)追跡結(jié)果都采用了1550納米激光二極管，說(shuō)明了用光譜分析儀可能實(shí)現(xiàn)的各種測(cè)量。
圖4 1550納米增益芯片的ASE光譜，軟件經(jīng)過(guò)設(shè)置可以顯示光譜和光功率。 波長(zhǎng)計(jì)模式窗口也被激活。 |
