傅里叶变换光谱分析仪（FT-OSA）
发布时间：2012-6-23 12:09
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一、概述 Thorlabs公司的光谱分析仪（OSA）是以波长为函数关系测量光源光功率的通用仪器。该仪器对于分析宽带光信号、增益芯片的法布里-玻罗模式或长相干长度单模外谐振腔激光器而言是绰绰有余的。类似的OSA还有典型的基于光栅的单色仪。Thorlabs公司的OSA是一种傅里叶变换光谱分析仪（FT-OSA），采用以插/拔构造的扫描迈克尔逊干涉仪构建，如下图所示。这种构造可以实现带额外高精度波长计的全功能OSA设计 
图1 光谱分析仪（OSA） 二、设计原理 OSA203具有一个FC/PC型光纤输入端。它可以使用?50微米的单模或多模光纤。如需要求，我们也可以提供其它输入插头。该仪器设计用于测量连续波光源，不能工作在一些使用脉冲光源的应用之中。请联系技术支持讨论脉冲光源应用的解决方案。在准直输入信号后，光信号会被一个分束器分为两路光路。这两路光路的光程差在0到±40毫米之间变化。准直的光场在分束器会发生干涉。左图中显示的探测器部件记录干涉图样，一般称之为干涉图。这种干涉图是输入光谱的自相关波形。通过将该波形进行傅里叶变换后，就可以复现出光谱信号。最终得到的光谱具有高分辨率和很宽的波长覆盖范围，其中光谱分辨率与光延迟范围相关。其波长范围会被探测器和光学镀膜的带宽所限制。此外，我们系统包含了稳频HeNe参考激光器，因此其精度就得到了保障，该激光器可以提供高精度的光路长度变化测量，使系统可以实现连续的自校准。该过程保证了精度超越光栅型OSA的光学分析能力。 
Thorlab公司的光谱分析仪采用两个反射器，如左图所示。这些反射器安装在一个音圈驱动平台上，该平台可以使干涉仪的两个参考臂同时、反方向进行动态变化。当平台移动时，干涉仪的光程差（OPD）变化是平台机械运动距离的四倍。OPD的变化直接与FT-OSA的最小精度成比例。通过该装置，OSA203可以在1550纳米光波下将光谱特性值变为60皮米。光谱分辨率是根据瑞利判据而定义的。当用作波长计时，其分辨率会发生明显改善（对于OSA203而言是0.2皮米）。我们的光谱分析仪采用了一个嵌入式的自稳定HeNe参考激光器来通过干涉方式记录光程长度的变化。该参考激光器位于干涉仪内部，与未知光具有相同的光路，这样一来两个光源的光程变化就完全相同了。干涉仪还采用了一块色散补偿板来修正干涉仪两参考臂的波长相关的光程长度差异，这种差异是由分束器造成的。 三、参数规格 
图3 光谱仪参数规格 四、操作 其图形用户界面便于用户在通过USB接口连接到FT-OSA的计算机上进行操作。该计算机可以记录FT-OSA产生的干涉信号，然后将其进行快速傅里叶变换（FFT）后就可以得到最后的光谱结果。单色光可以通过采用FT-OSA的波长计模式以亚皮米分辨率进行观察。宽带光则可以用OSA的软件进行观察，该软件带有内置缩放和峰值分析功能。其中的峰值辨别器可以选择超过用户定义强度的波带，并根据其波长（纳米）、波数（cm-1）或频率（GHz）来显示。该仪器在1550纳米波长时的光谱分辨率为60皮米，波长精度高于2皮米。在波长仪模式下分辨率为0.2皮米。 五、软件 购买FT-OSA将附带的台式计算机，其中预装有软件包。预装的软件带有定制的图形用户界面，用具获取、检查、操纵和分析光谱数据和干涉图。该软件便于定位和追迹光谱的波峰和波谷、在整个波长范围内测量输入光功率、实时计算吸收光谱或随着时间追踪各种参数变化。该仪器还附带设备接口库，包含数据获取的多种程序、仪器控制和光谱数据处理和操作。该接口库还可以通过Labview、C、C++、C#、Java或其他编程语言来为用户自身应用开发定制软件。每台OSA都附带一套Labview程序，可以协助您编写您需要的应用程序。下面的截屏图是用附带的软件生成的。每个追迹结果都采用了1550纳米激光二极管，说明了用光谱分析仪可能实现的各种测量。 
图4 1550纳米增益芯片的ASE光谱，软件经过设置可以显示光谱和光功率。 波长计模式窗口也被激活。 |
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