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專利名稱：在光譜分析儀中同時(shí)檢測(cè)校準(zhǔn)信號(hào)和測(cè)試信號(hào)的光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
本申請(qǐng)要求以2000年2月21日申請(qǐng)的60/184,163號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的申請(qǐng)日為優(yōu)先權(quán)日。
本發(fā)明總的說來涉及光學(xué)系統(tǒng)，更具體說，涉及一種在分析光通信傳輸線路的光譜分析儀中同時(shí)檢測(cè)校準(zhǔn)信號(hào)和測(cè)試信號(hào)的光學(xué)系統(tǒng)。
電信工業(yè)的光網(wǎng)絡(luò)中越來越多地采用密集波長(zhǎng)多路復(fù)用(DWDM)的光系統(tǒng)。一般的DWDM光系統(tǒng)將具有各種波長(zhǎng)的多重光信號(hào)射入單模光纖中。光信號(hào)包括抽運(yùn)激光器來的1480納米光信號(hào)。抽運(yùn)激光信號(hào)供系統(tǒng)中的光纖放大器使用，其波長(zhǎng)也可以是980納米。1625納米服務(wù)信道光信號(hào)是為各總局等之間的通信而設(shè)的。通過光纖的電信服務(wù)采用多重緊密配置的1525納米至1585納米范圍的光信號(hào)信道進(jìn)行。現(xiàn)行的DWDM傳輸系統(tǒng)各毗鄰的光信號(hào)信道之間的一般間距為200吉赫、100吉赫和50吉赫，這相當(dāng)于1550納米下各信道之間1.6納米、0.8納米和0.4納米左右的間距。未來的DWDM電信系統(tǒng)設(shè)計(jì)成有25吉赫間距，這相當(dāng)于各光信號(hào)信道之間有0.2納米左右的間距。要考核這些光信號(hào)是否合格和確定這些光信號(hào)的特性需要有一個(gè)光譜分析儀。
光譜分析儀(OSA)是根據(jù)波長(zhǎng)或頻率的變化測(cè)定光功率的儀器。光譜分析儀的好處在于其動(dòng)態(tài)范圍和對(duì)許多離散譜線的測(cè)定。現(xiàn)行光譜分析儀的顯著缺陷是其波長(zhǎng)測(cè)定的可靠性較差，誤差在40至50皮米的范圍。因?yàn)檫@個(gè)缺陷，因而研制出了能精確測(cè)定波長(zhǎng)和校準(zhǔn)光譜分析儀的波長(zhǎng)儀。波長(zhǎng)儀是以邁克爾遜干涉儀為基礎(chǔ)的。成千數(shù)字化的干涉條紋從譜域轉(zhuǎn)換成頻域。頻率和條紋的調(diào)制通過付里叫變換轉(zhuǎn)換成關(guān)于波長(zhǎng)和功率的信息。波長(zhǎng)儀雖然在波長(zhǎng)校準(zhǔn)的精確度方面要好得多，但其動(dòng)態(tài)范圍一般比以光柵為基礎(chǔ)的OSA差得多。
通常，所測(cè)定的光信號(hào)和校準(zhǔn)的光信號(hào)都通過光譜分析儀的同一條光路并占據(jù)光譜的同一個(gè)通用區(qū)。OSA的校準(zhǔn)通常按以下程序進(jìn)行。首先，將已知光譜的光信號(hào)從校準(zhǔn)源加到OSA上。校準(zhǔn)源可以在OSA外面，也可以是內(nèi)部校準(zhǔn)源，通過內(nèi)部光開關(guān)注入OSA的光路中。接著，用OSA掃描光譜，測(cè)定并記錄已知光譜中出現(xiàn)光峰信號(hào)時(shí)的波長(zhǎng)。確定所測(cè)定尖峰信號(hào)下的波長(zhǎng)誤差，并通過在已知各譜線之間和之外進(jìn)行內(nèi)插，根據(jù)波長(zhǎng)變化估計(jì)波長(zhǎng)測(cè)定的誤差。從相應(yīng)測(cè)出的波長(zhǎng)尖峰信號(hào)減去測(cè)定誤差，校準(zhǔn)OSA。
由于校準(zhǔn)光信號(hào)和所測(cè)定的光信號(hào)都通過OSA的同一光路，因而OSA不能在以校準(zhǔn)光譜測(cè)定未知光信號(hào)的同時(shí)測(cè)定校準(zhǔn)光譜。因此，校準(zhǔn)過程是先后進(jìn)行OSA的校準(zhǔn)和測(cè)定測(cè)試信號(hào)。這里假設(shè)OSA經(jīng)過一段時(shí)間仍然處于校準(zhǔn)狀態(tài)，而在進(jìn)行其它測(cè)定之前必須再經(jīng)過校準(zhǔn)。
現(xiàn)行校準(zhǔn)程序的一個(gè)缺點(diǎn)是不能肯定OSA何時(shí)不處于校準(zhǔn)狀態(tài)。這就是說，再校準(zhǔn)一般是在需要校準(zhǔn)之前或之后進(jìn)行的。在第一種情況下，操作人員在不需要校準(zhǔn)的情況下會(huì)浪費(fèi)時(shí)間，而在第二種情況下，由于沒有進(jìn)行校準(zhǔn)，因而OSA的測(cè)定結(jié)果誤差過大。
這里就需要有一種能在光譜分析儀中對(duì)光測(cè)試信號(hào)和光校準(zhǔn)信號(hào)同時(shí)進(jìn)行光學(xué)檢測(cè)的光學(xué)系統(tǒng)。這種光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)能在光譜分析儀中極精確地校準(zhǔn)波長(zhǎng)，而且光譜分析儀應(yīng)能夠用波長(zhǎng)校準(zhǔn)特性相同的兩個(gè)光路同時(shí)檢測(cè)受測(cè)試的校準(zhǔn)信號(hào)和光信號(hào)。此外，光譜分析儀應(yīng)能將校準(zhǔn)信號(hào)和光測(cè)試信號(hào)分離開來。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種能在規(guī)定的第一級(jí)光譜范圍內(nèi)同時(shí)檢測(cè)光校準(zhǔn)信號(hào)和受測(cè)試的光信號(hào)的光學(xué)系統(tǒng)。光學(xué)系統(tǒng)的準(zhǔn)直光學(xué)元件(例如拋物面鏡或球面鏡等)有一個(gè)光軸和一個(gè)接收光校準(zhǔn)信號(hào)和受測(cè)試光信號(hào)的焦平面。準(zhǔn)直光學(xué)元件的焦平面上配有一個(gè)光纖陣列，光纖陣列的中心軸與準(zhǔn)直光學(xué)元件的光軸處在同一條直線上。第一和第二對(duì)光纖配置在準(zhǔn)直光學(xué)元件的焦平面上，各對(duì)光纖有一個(gè)輸入光纖和一個(gè)輸出光纖。各對(duì)的輸入和輸出光纖對(duì)稱配置在中心軸的任一邊上，第一對(duì)光纖的輸入光纖連接成使其接收受測(cè)試的光信號(hào)。一個(gè)光源與第二對(duì)光纖的輸入光纖連接，產(chǎn)生其第二級(jí)或以上譜線處在光學(xué)系統(tǒng)第一級(jí)光譜范圍的光校準(zhǔn)信號(hào)。一個(gè)光調(diào)諧元件接收從準(zhǔn)直光學(xué)元件來的光校準(zhǔn)信號(hào)和受測(cè)試的光信號(hào)，并在第一級(jí)光譜范圍內(nèi)調(diào)諧光學(xué)系統(tǒng)，將光校準(zhǔn)信號(hào)和受測(cè)試光信號(hào)的各光譜分量分開。第一光檢測(cè)器與第一對(duì)光纖的輸出光纖連接，對(duì)受測(cè)試光信號(hào)的光譜分量敏感，對(duì)光校準(zhǔn)信號(hào)的第二級(jí)或以上的譜線不太敏感。第二光檢測(cè)器與第二對(duì)光纖的輸出光纖連接，對(duì)光校準(zhǔn)信號(hào)的第二級(jí)或以上的譜線敏感，對(duì)受測(cè)試光信號(hào)的光譜分量不太敏感。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，光纖陣列是一V形槽部件，其中形成有大致呈V形的溝道，等間距平行地處在該V形部件中軸的任一邊。光源是一光信號(hào)發(fā)生器，按原子或分子型發(fā)射或吸收能級(jí)的躍遷產(chǎn)生光譜輸出。在一最佳實(shí)施例中，光源為汞氬放電燈。光調(diào)諧元件最好為衍射光柵。第一光檢測(cè)器為InGaAs PIN或雪崩光電二極管，它對(duì)光測(cè)試信號(hào)的第一級(jí)光譜分量敏感。第二光檢測(cè)器為硅光電二極管，它對(duì)光校準(zhǔn)信號(hào)的第二級(jí)或以上的譜線敏感。
本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)的各實(shí)施例可以結(jié)合到同時(shí)檢測(cè)受測(cè)試光信號(hào)和光校準(zhǔn)信號(hào)的光譜分析儀中。這種組合可以連續(xù)校準(zhǔn)光譜分析儀。光譜分析儀包括本光學(xué)系統(tǒng)，其中各光接收器中裝有光測(cè)試信號(hào)檢測(cè)器和光校準(zhǔn)信號(hào)檢測(cè)器。光接收器將相應(yīng)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。表示光測(cè)試信號(hào)和光校準(zhǔn)信號(hào)的數(shù)字值由諸如數(shù)字信號(hào)處理器之類的控制器處理，校準(zhǔn)誤差值則根據(jù)光校準(zhǔn)信號(hào)的第二級(jí)或以上的譜線計(jì)算出來。校準(zhǔn)誤差值加到受測(cè)試的光信號(hào)上，以精確校準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)。光測(cè)試信號(hào)進(jìn)一步處理過后顯示在顯示器上。
本發(fā)明提供了在光譜分析儀中同時(shí)檢測(cè)光校準(zhǔn)信號(hào)和受測(cè)試光信號(hào)的一種方法，所述光譜分析儀具有一光學(xué)系統(tǒng)，其限定有第一級(jí)光譜范圍，該光學(xué)系統(tǒng)包括準(zhǔn)光學(xué)元件、產(chǎn)生光校準(zhǔn)信號(hào)的光信號(hào)校準(zhǔn)源、受測(cè)試光信號(hào)輸入端、光校準(zhǔn)信號(hào)輸入端、光調(diào)諧元件以及第一和第二光檢測(cè)器，所述方法包括下列步驟，將光校準(zhǔn)信號(hào)和受測(cè)試的光信號(hào)同時(shí)射入所述光學(xué)系統(tǒng)中，其中光校準(zhǔn)信號(hào)具有處在光學(xué)系統(tǒng)范圍內(nèi)的第二級(jí)或以上的譜線；用第一光檢測(cè)器和第二光檢測(cè)器同時(shí)檢測(cè)光校準(zhǔn)信號(hào)和受測(cè)試的光信號(hào)，其中第一光檢測(cè)器對(duì)受測(cè)試的光信號(hào)敏感，對(duì)光校準(zhǔn)信號(hào)的第二級(jí)或以上的譜線不太敏感，第二光檢測(cè)器對(duì)光校準(zhǔn)信號(hào)的第二級(jí)或以上的譜線敏感，對(duì)受測(cè)試的光信號(hào)不太敏感。進(jìn)一步的步驟是同時(shí)檢測(cè)光測(cè)試信號(hào)和光校準(zhǔn)信號(hào)，其中包括在第一級(jí)光譜范圍內(nèi)調(diào)諧光學(xué)系統(tǒng)，從而將光校準(zhǔn)信號(hào)和受測(cè)試光信號(hào)的各光譜分量分離開來。所述方法還包括一附加步驟，即同時(shí)將光校準(zhǔn)信號(hào)和受測(cè)試的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
結(jié)合所附權(quán)利要求書和附圖閱讀下面的詳細(xì)說明可以清楚地理解本發(fā)明的上述目的、優(yōu)點(diǎn)和新的特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。
圖2是本發(fā)明另一光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。
圖3是采用本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)的光譜分析儀的示意方框圖。
參看圖1。圖中示出了可在光譜分析儀中同時(shí)檢測(cè)光校準(zhǔn)信號(hào)和受測(cè)試光信號(hào)的光學(xué)系統(tǒng)10。光學(xué)系統(tǒng)10有一個(gè)準(zhǔn)直光學(xué)元件12，例如拋物面鏡、球面鏡等，它具有光軸14和焦平面16。準(zhǔn)直光學(xué)元件12的焦平面16上有一光纖陣列18，光纖陣列18的中心軸20與準(zhǔn)直光學(xué)元件12的光軸14處在一條線上。光纖陣列18具有第一和第二對(duì)光纖22,24，各光纖對(duì)具有輸入光纖26,28和輸出光纖30,32。各光纖對(duì)22,24的輸入和輸出光纖對(duì)稱配置在光纖陣列18的中心軸20任一邊。第一對(duì)光纖22的輸入光纖26連接成使其接收受測(cè)試的光信號(hào)34。光纖對(duì)的輸出光纖30與測(cè)試信號(hào)檢測(cè)器36(例如InGaAs PIN光電二極管或InGaAs雪崩光電二極管)連接。第二對(duì)光纖24的輸入光纖28與光校準(zhǔn)源38連接，光校準(zhǔn)源38根據(jù)原子或分子型發(fā)射或吸收能級(jí)的躍遷產(chǎn)生光譜輸出。這類光源的例子有氣體放電燈，例如氬和汞氬放電燈，和由寬帶光源照明的乙炔吸收的光電池，例如LED(發(fā)光二極管)。光纖對(duì)的輸出光纖32與校準(zhǔn)源檢測(cè)器40(例如硅光二極管)連接。光纖陣列18與準(zhǔn)直光學(xué)元件12之間配有光調(diào)諧元件42，例如衍射光柵，主要確定光學(xué)系統(tǒng)10第一級(jí)光譜范圍。光調(diào)譜元件驅(qū)動(dòng)電機(jī)44與光調(diào)諧元件42連接，通過光譜范圍調(diào)諧光學(xué)系統(tǒng)10。
圖1的光學(xué)系統(tǒng)10同時(shí)檢測(cè)光校準(zhǔn)源38來的光校準(zhǔn)信號(hào)39和受測(cè)試的光信號(hào)34。光校準(zhǔn)源38產(chǎn)生處在光學(xué)系統(tǒng)10第一級(jí)光譜范圍內(nèi)的具有第二級(jí)和/或以上譜線的光輸出39。舉例說，在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，光學(xué)系統(tǒng)10第一級(jí)光譜范圍的覆蓋范圍為1450納米至1650納米。在該最佳實(shí)施例中，光校準(zhǔn)源38是一汞氬放電燈。光校準(zhǔn)源38產(chǎn)生光輸出39，具有至少為光學(xué)系統(tǒng)10第一級(jí)光譜范圍一半或更小的第一級(jí)光譜范圍。在該最佳實(shí)施例中，光校準(zhǔn)源38光譜范圍覆蓋從725納米至825納米的光譜范圍。應(yīng)該指出的是，光校準(zhǔn)源的光譜范圍也在光學(xué)系統(tǒng)10第一級(jí)光譜范圍的1/3和1/4等處產(chǎn)生譜線，即光校準(zhǔn)源的光譜范圍可以是483.33納米至550納米，362.5納米至412.5納米等。還應(yīng)該指出的是，光校準(zhǔn)源38能產(chǎn)生多個(gè)級(jí)同時(shí)存在的光輸出。此外，還應(yīng)該指出的是，光學(xué)系統(tǒng)10的第一級(jí)光譜范圍可以是所述最佳實(shí)施例范圍以外的范圍，且只要光校準(zhǔn)源38的光譜范圍為光學(xué)系統(tǒng)光譜范圍的一半或更小，該范圍也可以是最佳實(shí)施例所述范圍以外的范圍。
最佳實(shí)施例中的光學(xué)系統(tǒng)10以里特羅(Littrow)安裝方式配置。光纖陣列18在光學(xué)系統(tǒng)10中安置得使其中心軸與準(zhǔn)直光學(xué)元件12的光軸在一條直線上，且處在準(zhǔn)直光學(xué)元件12的焦平面上。在最佳實(shí)施例中，光纖陣列18安置在一個(gè)V形槽部件中，該V形槽部件有一個(gè)中心軸，部件中形成有大致呈V字形的平行于部件中心軸的溝道。V字形溝道與V形槽部件中心軸20兩邊等距。各光纖對(duì)22,24的輸入和輸出光纖對(duì)稱配置在光纖陣列中心軸20的任一邊上，因而對(duì)稱配置在準(zhǔn)直光學(xué)元件12光軸14的任一邊。由于準(zhǔn)直光學(xué)元件12的成像特性，從光軸14一邊的輸入光纖26,28發(fā)射出來的光都聚焦在光軸14另一邊相應(yīng)的輸出光纖30,32上。在最佳實(shí)施例中，最靠近光軸14的第一對(duì)光纖用來進(jìn)行測(cè)定，外面的光纖對(duì)24用來進(jìn)行校準(zhǔn)。用來測(cè)定和校準(zhǔn)的光纖對(duì)是任意的，光纖對(duì)22,24的指定可以倒過來而不脫離本發(fā)明的范圍。
光纖陣列18的配置形成了兩條通過光學(xué)系統(tǒng)10的光路，兩光路在空間上彼此分開，但實(shí)質(zhì)上它們有緊密聯(lián)系，以致可以感受到諸如溫度、沖擊、磨損、機(jī)械驅(qū)動(dòng)偏差等引起的同一干擾。這就是說，雖然輸入到一個(gè)光路中的光信號(hào)實(shí)體上沒有耦合到另一光路中，但實(shí)際上，兩光路之間總是有未計(jì)及的少量有限度的光散射。為進(jìn)一步隔離各光路，光路的各光檢測(cè)器36和40中采用了光譜過濾，這在下面將更詳細(xì)地說明。這樣做的結(jié)果是使兩光路高度隔離。此外，由于各光路的波長(zhǎng)相關(guān)性相同，因而可以測(cè)定其中一個(gè)光路光譜上已知的源，用此信息校準(zhǔn)另一光路，用此光路測(cè)定光測(cè)試信號(hào)34。若已知光源38中的信噪比足夠高，得出的光譜分析儀的校準(zhǔn)是實(shí)時(shí)的，在此情況下，每一測(cè)試包括用以獲取校準(zhǔn)測(cè)試波形的已知波形的過程。光譜分析儀的用戶對(duì)整個(gè)過程都可以看清楚。在操作人員看來，光譜分析儀始終處在最佳狀態(tài)，無需進(jìn)行任何校準(zhǔn)保養(yǎng)。
從測(cè)試光纖26發(fā)出的實(shí)線表示光測(cè)試信號(hào)34的射線路徑。光測(cè)試信號(hào)從準(zhǔn)直光學(xué)元件反射出去，投向調(diào)諧衍射光柵42。衍射光柵衍射的光譜分量從準(zhǔn)直光學(xué)元件12反射出去，調(diào)諧后的譜線或分量聚焦到對(duì)稱配置在準(zhǔn)直光學(xué)元件光軸14相對(duì)邊的光測(cè)試信號(hào)檢測(cè)器上。這相當(dāng)于通過光學(xué)系統(tǒng)10的第一光路。從光校準(zhǔn)源的光纖28發(fā)出的虛線表示光校準(zhǔn)信號(hào)39的射線路徑。和測(cè)試信號(hào)路徑一樣，光校準(zhǔn)信號(hào)39從準(zhǔn)直光學(xué)元件12反射，從調(diào)諧光柵42衍射，從準(zhǔn)直光學(xué)元件12反射，聚焦到對(duì)稱配置在準(zhǔn)直光學(xué)元件光軸14相對(duì)邊的光校準(zhǔn)源檢測(cè)器光纖32上。這相當(dāng)于通過光學(xué)系統(tǒng)10的第二光路。由于波長(zhǎng)掃描在垂直于圖1平面的方向進(jìn)行，因而兩光路的波長(zhǎng)誤差相同，兩誤差都用同一波長(zhǎng)校準(zhǔn)方式校正。由于各光路實(shí)體上是分開的，因而測(cè)定未知光譜并用來對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)可以打開校準(zhǔn)源38。
光測(cè)試信號(hào)34的經(jīng)調(diào)諧的光譜分量通過光測(cè)試信號(hào)檢測(cè)器的光纖30耦合到光測(cè)試信號(hào)檢測(cè)器36上。在最佳實(shí)施例中，光測(cè)試信號(hào)檢測(cè)器36是InGaAs PIN或雪崩光電二極管，對(duì)光測(cè)試信號(hào)34的第一級(jí)光譜分量敏感。光校準(zhǔn)源39的經(jīng)調(diào)諧的光譜分量通過光校準(zhǔn)源的光纖32耦合到光校準(zhǔn)源檢測(cè)器40上。在最佳實(shí)施例中，光校準(zhǔn)源檢測(cè)器40是硅光電二極管，對(duì)光校準(zhǔn)源38的第二級(jí)或以上的譜線敏感。硅檢測(cè)器的噪聲特性比InGaAs檢測(cè)器好。此外，硅檢測(cè)器對(duì)1450納米至1650納米范圍的光不太敏感，因而從主要光信號(hào)34米的散射光不會(huì)干擾校準(zhǔn)檢測(cè)器40。另外，InGaAs檢測(cè)器對(duì)725納米至825納米范圍的光不太敏感，因而光校準(zhǔn)源38束的射光干擾主要光信號(hào)34的可能性較小。應(yīng)該指出的是，測(cè)試信號(hào)檢測(cè)器36和校準(zhǔn)檢測(cè)器40的響應(yīng)特性無需限制在該最佳實(shí)施例所述的各光譜范圍。只要測(cè)試信號(hào)檢測(cè)器對(duì)光學(xué)系統(tǒng)光譜范圍內(nèi)的第一級(jí)光譜分量敏感而校準(zhǔn)源檢測(cè)器對(duì)光學(xué)系統(tǒng)光譜范圍內(nèi)的第二極或以上的光譜分量敏感，其它類型的在其它光譜范圍敏感的光檢測(cè)器都可以采用。光測(cè)試信號(hào)檢測(cè)器36和光校準(zhǔn)源檢測(cè)器40同時(shí)將受測(cè)試光信號(hào)34的各光譜分量和光校準(zhǔn)信號(hào)39的校準(zhǔn)線轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過放大、數(shù)字化、儲(chǔ)存和處理，輸出并顯示出來。
圖2示出了可用來在光譜分析儀中同時(shí)檢測(cè)光校準(zhǔn)信號(hào)39和受測(cè)試光信號(hào)34的另一光學(xué)系統(tǒng)50的示意圖。與圖1相同的各元件以同樣編號(hào)標(biāo)出。此另一光學(xué)系統(tǒng)具有第一和第二準(zhǔn)直光學(xué)元件52,54，例如拋物面鏡、球面鏡等，各準(zhǔn)直光學(xué)元件52,54具有光軸56,58和焦平面60,62。各準(zhǔn)直光學(xué)元件52,54的各焦平面60,62中配有光纖陣列64,66，光纖陣列64,66的中心軸為68,70。光纖陣列64,66的第一和第二對(duì)光纖22,24分別具有輸入光纖26,28和輸出光纖30,32。其中光纖陣列64包括光纖對(duì)22,24的輸入光纖26,28，另一光纖陣列66具有光纖對(duì)22,24和輸出光纖30,32。各光纖對(duì)的輸入和輸出光纖平行于光纖陣列64,66各自的中心軸68,70。第一對(duì)光纖32的輸入光纖26連接成使其接收受測(cè)試的光信號(hào)34。光纖對(duì)的輸出光纖與光測(cè)試信號(hào)檢測(cè)器36(例如InGaAs PIN光電二極管或InGaAs雪崩光電二極管)連接。第二對(duì)光纖24的輸入光纖28與光校準(zhǔn)源38連接。光校準(zhǔn)源38按原子或分子型能級(jí)的躍遷產(chǎn)生光譜輸出39。和上面所述的一樣，光源38可以是氣體放電燈，例如氬和汞氬放電燈，或由寬帶光源照明的乙炔吸收的燈，例如LED。光纖對(duì)24的輸出光纖32與光校準(zhǔn)源檢測(cè)器40(例如硅光電二極管)連接。準(zhǔn)直光學(xué)元件52,54可以配置成使光纖對(duì)22,24的輸入和輸出光纖30,32都配置在準(zhǔn)直光學(xué)元件52,54各光軸56,58的同一邊。此外，準(zhǔn)直光學(xué)元件52,54的焦距可以不同，且可以取向在需要有復(fù)合光角度的光路的不同空間平面上。光纖陣列64,66與準(zhǔn)直光學(xué)元件52,54之間橫向配置有光調(diào)諧元件42，例如衍射光柵，用于主要確定光學(xué)系統(tǒng)50的第一級(jí)光譜范圍。調(diào)諧衍射光柵42不一定非要配置在準(zhǔn)直光學(xué)元件52,54的焦距內(nèi)。光調(diào)諧元件的驅(qū)動(dòng)電機(jī)44與光調(diào)諧元件42連接，通過光譜范圍調(diào)諧光學(xué)系統(tǒng)50。
現(xiàn)在用與上面說明圖1時(shí)同樣的光譜范圍說明光學(xué)系統(tǒng)50的工作過程。光測(cè)試信號(hào)34可作為寬帶光信號(hào)且具有這樣的特點(diǎn)光信號(hào)的第一級(jí)光譜分量處在1450納米至1650納米范圍內(nèi)。光校準(zhǔn)源產(chǎn)生的光輸出39，其第二級(jí)和/或以上的譜線處在光學(xué)系統(tǒng)50的范圍內(nèi)。和前面所述的一樣，光測(cè)試信號(hào)34和光校準(zhǔn)信號(hào)39通過光學(xué)系統(tǒng)50分開的光路。從光測(cè)試信號(hào)光纖26發(fā)出的實(shí)線表示光測(cè)試信號(hào)34通過光學(xué)系統(tǒng)50的射線路徑，從光校準(zhǔn)源光纖28發(fā)出的虛線表示光校準(zhǔn)信號(hào)39通過光學(xué)系統(tǒng)50的射線路徑。光測(cè)試信號(hào)34和光校準(zhǔn)信號(hào)從第一準(zhǔn)直光學(xué)元件52反射到調(diào)諧衍射光柵42上。光信號(hào)34,39的經(jīng)調(diào)諧的光譜分量從調(diào)諧衍射光柵42衍射到第二準(zhǔn)直光學(xué)元件54上。第二準(zhǔn)直光學(xué)元件54反射經(jīng)調(diào)諧的光信號(hào)34,39，將光測(cè)試信號(hào)34的經(jīng)調(diào)諧的光譜分量聚焦到光測(cè)試信號(hào)的輸出光纖30上，將光校準(zhǔn)信號(hào)39的經(jīng)調(diào)諧的光譜分量聚焦到光校準(zhǔn)信號(hào)的輸出光纖32上。
光測(cè)試信號(hào)34的經(jīng)調(diào)諧的光譜分量通過光測(cè)試信號(hào)的輸入光纖30耦合到光測(cè)試信號(hào)檢測(cè)器36上。光測(cè)試信號(hào)檢測(cè)器36是InGaAsPIN或雪崩光電二極管，對(duì)光測(cè)試信號(hào)34的第一級(jí)光譜分量敏感，對(duì)光校準(zhǔn)信號(hào)39的第二級(jí)或以上的譜線不太敏感，光校準(zhǔn)信號(hào)39的經(jīng)調(diào)諧的光譜分量通過光校準(zhǔn)信號(hào)的輸出光纖32耦合到校準(zhǔn)源檢測(cè)器40。光校準(zhǔn)源檢測(cè)器40是硅光電二極管，對(duì)光校準(zhǔn)源38的第二級(jí)或以上的譜線敏感，對(duì)光測(cè)試信號(hào)34的第一級(jí)光譜分量不太敏感。光測(cè)試信號(hào)檢測(cè)器36和光校準(zhǔn)源檢測(cè)器40同時(shí)檢測(cè)光測(cè)試信號(hào)34和光校準(zhǔn)信號(hào)39，并將光信號(hào)34和39轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
參看圖3，圖中示出了裝有供同時(shí)檢測(cè)光校準(zhǔn)信號(hào)39和受測(cè)試光信號(hào)34的光學(xué)系統(tǒng)10的光譜分析儀80的示意方框圖。在圖3中，與以上各附圖中所示相同的元件用同樣的編號(hào)標(biāo)出。光譜分析儀80的最佳實(shí)施例包括光譜分析模塊82和基礎(chǔ)部分84。光譜分析模塊82有一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)10，供將受測(cè)試光信號(hào)34和光校準(zhǔn)信號(hào)39的光譜分量分開。光學(xué)系統(tǒng)的拋物面鏡12起準(zhǔn)直光學(xué)元件的作用，具有光軸14和焦平面16。拋物面鏡12的焦平面16上配有光纖陣列18，光纖陣列18的中心軸與鏡12的光軸在同一直線上。光纖陣列18具有第一和第二對(duì)22,24輸入光纖26,28和輸出光纖30,32，各對(duì)的輸入和輸出光纖對(duì)稱配置在光纖陣列中心軸20的任一邊。一對(duì)光纖22的輸入光纖26連接成使其接收受測(cè)試的光信號(hào)34，另一輸入光纖28與光校準(zhǔn)源38連接。光調(diào)諧元件42呈衍射光柵的形式，在第一級(jí)光譜范圍內(nèi)調(diào)諧光學(xué)系統(tǒng)10。光接收器86,88接收各光測(cè)試信號(hào)34和光校準(zhǔn)信號(hào)39，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。各電信號(hào)經(jīng)多路復(fù)用器90多路復(fù)用，耦合到模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器92上。A/D轉(zhuǎn)換器92將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)94處理后存入存儲(chǔ)器96。存儲(chǔ)器96包括RAM和ROM存儲(chǔ)器，RAM存儲(chǔ)器儲(chǔ)存易失性數(shù)據(jù)，例如表示光測(cè)試信號(hào)34和光校準(zhǔn)信號(hào)39的光譜分量的數(shù)字值。DSP 94執(zhí)行儲(chǔ)存在ROM存儲(chǔ)器96中的涉及獲取、處理和儲(chǔ)存數(shù)字值的編程指令。數(shù)據(jù)和控制總線98不僅將A/D轉(zhuǎn)換器92和衍射光柵驅(qū)動(dòng)電機(jī)44而且也將存儲(chǔ)器96連接到數(shù)字信號(hào)處理器94上。衍射光柵驅(qū)動(dòng)電機(jī)44改變衍射光柵42的位置，通過光學(xué)系統(tǒng)10的光譜范圍調(diào)諧光學(xué)系統(tǒng)10。DSP 94還給多路復(fù)用器90和A/D轉(zhuǎn)換器92提供控制信號(hào)。
儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)通過光譜分析儀系統(tǒng)總線100中的串行數(shù)據(jù)線耦合到基礎(chǔ)部分84。光譜分析模塊82來的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器102，由控制器104處理，顯示在諸如液晶顯示器、陰極射線管之類的顯示器106上、在最佳實(shí)施例中，控制器104是莫托羅拉(Motorola)公司出品和銷售的XPC821微處理器。數(shù)據(jù)和控制總線108將存儲(chǔ)器102不僅與顯示器106而且與控制器104連接起來。控制器104還與前板控制器110連接。前板控制器110可包括按鈕、旋鈕和鍵片，供選擇待進(jìn)行的特殊測(cè)量、測(cè)量參數(shù)、顯示窗口等。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，作為顯示器106一部分的觸摸式屏幕顯示部分具有一般測(cè)定儀前板的控制功能。存儲(chǔ)器102包括RAM和ROM存儲(chǔ)器，RAM存儲(chǔ)器儲(chǔ)存從光譜分析模塊82來的獲取和處理過的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，ROM存儲(chǔ)器儲(chǔ)存控制光譜分析儀80工作過程的程序指令。本發(fā)明最佳實(shí)施例中的光譜分析儀80是由微軟公司出品和銷售的WINDOWSCE操作系統(tǒng)控制的。
在最佳實(shí)施例中，光譜分析儀80的第一級(jí)光譜范圍為1450納米至1650納米，主要由可調(diào)諧衍射光柵42控制。受測(cè)試的光信號(hào)34通過光接口112耦合到光譜分析儀80。光譜分析儀80測(cè)定寬帶光測(cè)試信號(hào)34在分析儀的1450納米至1650納米光譜范圍內(nèi)的特性。光測(cè)試信號(hào)34和光校準(zhǔn)信號(hào)39通過光纖陣列18的第一和第二輸入光纖26,28耦合到光學(xué)系統(tǒng)10中。光校準(zhǔn)源38產(chǎn)生第二級(jí)和/或以上的譜線處在光學(xué)系統(tǒng)10光譜范圍內(nèi)的光校準(zhǔn)信號(hào)39。光測(cè)試信號(hào)34和光校準(zhǔn)信號(hào)39沿分開的光路傳輸，從拋物面鏡12反射到衍射光柵42上。調(diào)諧衍射光柵42將光測(cè)試信號(hào)34的第一級(jí)光譜分量與光校準(zhǔn)信號(hào)39的第二級(jí)或以上的譜線分開，并將調(diào)諧過的分量和譜線通過分開的光路衍射回拋物面鏡12。舉例說，光測(cè)試信號(hào)34含有許多光信號(hào)，其中一個(gè)光信號(hào)為1500納米。衍射光柵42通過衍射光柵驅(qū)動(dòng)電機(jī)44調(diào)諧到1500納米。衍射光柵驅(qū)動(dòng)電機(jī)44接收來自DSP94的調(diào)諧指令，DSP94將1500納米的光信號(hào)與光測(cè)試信號(hào)中的其它光信號(hào)分離開來。與此同時(shí)，衍射光柵42分離光校準(zhǔn)信號(hào)39的第二級(jí)的750納米譜線。光測(cè)試信號(hào)34的經(jīng)調(diào)諧的光譜分量和光校準(zhǔn)信號(hào)39的經(jīng)調(diào)諧的譜線由拋物面鏡12聚焦到相應(yīng)的光測(cè)試信號(hào)輸出光纖30和光校準(zhǔn)輸出光纖32上。
光測(cè)試信號(hào)34的經(jīng)調(diào)諧的光譜分量耦合到光接收器86，光接收器86有一個(gè)光檢測(cè)器36，對(duì)光測(cè)試信號(hào)34的第一級(jí)光譜分量敏感，對(duì)光校準(zhǔn)信號(hào)39的第二級(jí)或以上的譜線不太敏感。在光譜分析儀80的最佳實(shí)施例中，光檢測(cè)器36是InGaAs雪崩光電二極管。光校準(zhǔn)信號(hào)的經(jīng)調(diào)諧的譜線耦合到第二光接收器88。光接收器88有一個(gè)光檢測(cè)器40，對(duì)光校準(zhǔn)信號(hào)的第二級(jí)或以上的譜線敏感，對(duì)光測(cè)試信號(hào)34的第一級(jí)光譜分量不太敏感。在光譜分析儀80的最佳實(shí)施例中，光檢測(cè)器40是個(gè)硅光電二極管。光檢測(cè)器36,40將各光測(cè)試信號(hào)34和光校準(zhǔn)信號(hào)39轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。電信號(hào)耦合到放大器114,116上進(jìn)行放大。放大過的電信號(hào)耦合到多路復(fù)用器90上，由多路復(fù)用器90在DSP 94的控制下多路復(fù)用這些信號(hào)，并將多路復(fù)用過的信號(hào)耦合到A/D轉(zhuǎn)換器92。A/D轉(zhuǎn)換器92在DSP 94的控制下將多路復(fù)用過的信號(hào)數(shù)字化，并對(duì)數(shù)字化后的值進(jìn)行處理，存入RAM存儲(chǔ)器96中。在光信號(hào)為1500納米、第二級(jí)校準(zhǔn)線為750納米的光測(cè)試信號(hào)34的實(shí)例中，DSP 94將表示750納米校準(zhǔn)線的數(shù)字值乘以2，產(chǎn)生表示1500納米校準(zhǔn)線的數(shù)字值。由于確實(shí)知道750納米校準(zhǔn)線的誤差極小，因而乘2后校準(zhǔn)線的不確定性也非常小。1500納米校準(zhǔn)線的波長(zhǎng)用光譜分析儀80測(cè)定時(shí)可能得出其它值，例如適當(dāng)?shù)牡谌?jí)或第四級(jí)譜線。測(cè)定出的校準(zhǔn)線與實(shí)際校準(zhǔn)線之間的誤差由DSP 94計(jì)算出來，用來校正1550納米的光測(cè)試信號(hào)。光測(cè)試信號(hào)的校準(zhǔn)誤差計(jì)算和校正由DSP94自動(dòng)進(jìn)行，光譜分析儀的用戶可以看得很清楚。
RAM存儲(chǔ)器96中處理過的數(shù)字值通過系統(tǒng)總線100中的串行數(shù)據(jù)線耦合到基礎(chǔ)部分84中的控制器104。控制器104對(duì)各數(shù)字值進(jìn)一步處理并將數(shù)據(jù)格式化，以便顯示在顯示器106上。
上述光譜分析儀是用圖1的光學(xué)系統(tǒng)說明的。光譜分析儀同樣也可以用圖2的光學(xué)系統(tǒng)說明。此外，光譜分析模塊可以通過除去多路復(fù)用器、采用獨(dú)立的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換光接收器的輸出進(jìn)行修改。另外，光譜分析模塊和基礎(chǔ)部分可結(jié)合成一個(gè)組件，DSP功能和基礎(chǔ)部分功能由單一的控制器進(jìn)行。
上面說明了一個(gè)同時(shí)檢測(cè)光測(cè)試信號(hào)和光校準(zhǔn)信號(hào)的光學(xué)系統(tǒng)。該光學(xué)系統(tǒng)包括至少一個(gè)具有光軸和焦平面的第一準(zhǔn)直光學(xué)元件。準(zhǔn)直光學(xué)元件的焦平面上配有一個(gè)具有第一和第二光纖對(duì)的光纖陣列。光纖陣列的中心軸與準(zhǔn)直光學(xué)元件的光軸處在同一條直線上。光纖對(duì)具有輸入光纖和輸出光纖，各光纖對(duì)的輸入和輸出光纖以中心軸對(duì)稱配置。光學(xué)系統(tǒng)的第一級(jí)光譜范圍供測(cè)定寬帶光測(cè)試信號(hào)，光學(xué)系統(tǒng)的光校準(zhǔn)元件產(chǎn)生第二級(jí)譜線處在光學(xué)系統(tǒng)光譜范圍內(nèi)的光校準(zhǔn)信號(hào)。輸入光纖接收光測(cè)試信號(hào)和光校準(zhǔn)信號(hào)并向準(zhǔn)直光學(xué)元件發(fā)射相應(yīng)的光信號(hào)。光測(cè)試信號(hào)和光校準(zhǔn)信號(hào)沿兩條分開的通過光學(xué)系統(tǒng)的光路傳播。光測(cè)試信號(hào)和光校準(zhǔn)信號(hào)從準(zhǔn)直光學(xué)元件直接反射到衍射光柵上。起調(diào)諧作用的衍射光柵將光測(cè)試信號(hào)的分量與光校準(zhǔn)信號(hào)的譜線分開，并將調(diào)諧過的信號(hào)衍射到準(zhǔn)直光學(xué)元件上。光測(cè)試信號(hào)的經(jīng)調(diào)諧的光譜分量和光校準(zhǔn)線聚焦到光纖陣列中的輸出光纖上。光測(cè)試信號(hào)的光纖將光測(cè)試信號(hào)經(jīng)調(diào)諧的光譜分量耦合到一個(gè)測(cè)試信號(hào)檢測(cè)器上，光校準(zhǔn)光纖將經(jīng)調(diào)諧的光校準(zhǔn)線耦合到校準(zhǔn)信號(hào)檢測(cè)器上。光測(cè)試信號(hào)檢測(cè)器對(duì)測(cè)試信號(hào)的第一級(jí)光分量敏感，對(duì)光校準(zhǔn)信號(hào)的第二級(jí)或以上的校準(zhǔn)線不太敏感。校準(zhǔn)信號(hào)檢測(cè)器對(duì)光校準(zhǔn)信號(hào)的第二級(jí)或以上的光校準(zhǔn)線敏感，對(duì)光測(cè)試信號(hào)的第一級(jí)光譜分量不太敏感。光檢測(cè)器將各光測(cè)試信號(hào)和光校準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。這種光學(xué)系統(tǒng)可用在光譜分析儀中以同時(shí)校準(zhǔn)該分析儀。
上面說明了可用在光譜分析儀中以同時(shí)檢測(cè)光測(cè)試信號(hào)和光校準(zhǔn)信號(hào)的光學(xué)系統(tǒng)。本技術(shù)領(lǐng)域的行家們?cè)陂喿x了上述說明之后都知道可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行種種更改和修改。不言而喻，以上所舉的一些具體實(shí)施例僅僅是舉例說明，沒有限制本發(fā)明的意思。談?wù)撘恍┚唧w實(shí)施例的細(xì)節(jié)并非旨在限制所附權(quán)利要求書的范圍。
權(quán)利要求
1．一種光學(xué)系統(tǒng)，具有限定的第一級(jí)光譜范圍，供同時(shí)檢測(cè)光校準(zhǔn)信號(hào)和受測(cè)試的光信號(hào)，其特征在于包括準(zhǔn)直光學(xué)元件，具有一個(gè)光軸和一個(gè)焦平面，供接收光校準(zhǔn)信號(hào)和受測(cè)試的光信號(hào)；一個(gè)光纖陣列，其中心軸與準(zhǔn)直光學(xué)元件的光軸處在同一條直線上，其第一和第二對(duì)光纖配置在準(zhǔn)直光學(xué)元件的焦平面上，各對(duì)光纖具有一個(gè)輸入光纖和一個(gè)輸出光纖，各對(duì)光纖的輸入和輸出光纖對(duì)稱配置在中心軸的任一邊，第一對(duì)光纖的輸入光纖連接成使其接收受測(cè)試的光信號(hào)；一個(gè)光源，與第二對(duì)光纖的輸入光纖連接，產(chǎn)生具有處在光學(xué)系統(tǒng)第一級(jí)光譜范圍內(nèi)的第二級(jí)或以上譜線的光校準(zhǔn)信號(hào)；一個(gè)光調(diào)諧元件，接收準(zhǔn)直光學(xué)元件來的光校準(zhǔn)信號(hào)和受測(cè)試的光信號(hào)，供在第一級(jí)光譜范圍內(nèi)調(diào)諧光學(xué)系統(tǒng)，從而將受測(cè)試光信號(hào)的各光譜分量分開，并傳送光校準(zhǔn)信號(hào)的第二級(jí)或以上的譜線；第一光檢測(cè)器，與第一對(duì)光纖的輸出光纖連接，對(duì)受測(cè)試光信號(hào)的光譜分量敏感，對(duì)光校準(zhǔn)信號(hào)的第二級(jí)或以上的譜線不太敏感；和第二光檢測(cè)器，與第二對(duì)光纖的輸出光纖連接，對(duì)光校準(zhǔn)信號(hào)的第二級(jí)或以上的譜線敏感，對(duì)受測(cè)試光信號(hào)的光譜分量不太敏感。
2．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述準(zhǔn)直光學(xué)元件是拋物面鏡。
3．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述準(zhǔn)直光學(xué)元件是球面鏡。
4．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖陣列還包括一個(gè)V形槽部件，其中形成有大致呈V形的溝道，等間距平行地處在V形部件中心軸的任一邊。
5．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述光源是一光信號(hào)發(fā)生器，按原子型的能級(jí)躍遷產(chǎn)生光譜輸出。
6．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述光源是一光信號(hào)發(fā)生器，按分子型的能級(jí)躍遷產(chǎn)生光譜輸出。
7．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述光源是汞氬放電燈。
8．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述光調(diào)諧元件是衍射光柵。
9．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一光接收器中的光檢測(cè)器是InGaAs PIN光電二極管。
10．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一光接收器中的光檢測(cè)器是InGaAs雪崩光電二極管。
11．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第二光接收器中的光檢測(cè)器是硅光電二極管。
12．一種光學(xué)系統(tǒng)，具有限定的第一級(jí)光譜范圍，供同時(shí)檢測(cè)光校準(zhǔn)信號(hào)和受測(cè)試的光信號(hào)，其特征在于包括第一和第二準(zhǔn)直光學(xué)元件，各準(zhǔn)直光學(xué)元件具有一個(gè)光軸和一個(gè)焦平面，第一準(zhǔn)直光學(xué)元件接收光校準(zhǔn)信號(hào)和受測(cè)試的光信號(hào)；第一和第二光纖陣列，各光纖陣列具有一個(gè)中心軸，第一光纖陣列固定第一和第二對(duì)光纖的輸入光纖，使其平行于中心軸，且處在第一準(zhǔn)直光學(xué)元件的焦平面上，第二光纖陣列固定兩光纖對(duì)的輸出光纖，使其平行于中心軸，且處在第二準(zhǔn)直光學(xué)元件的焦平面上，第一對(duì)光纖的輸入光纖連接成使其接收測(cè)試的光信號(hào)；一個(gè)光源，與第二對(duì)光纖的輸入光纖連接，產(chǎn)生具有處在光學(xué)系統(tǒng)光譜范圍內(nèi)的第二級(jí)或以上譜級(jí)的光校準(zhǔn)信號(hào)；一個(gè)光調(diào)諧元件，接收第二準(zhǔn)直光學(xué)元件來的光校準(zhǔn)信號(hào)和受測(cè)試的光信號(hào)，供在第一級(jí)光譜范圍內(nèi)調(diào)諧光學(xué)系統(tǒng)，從而將受測(cè)試信號(hào)的各光譜分量分開，并傳送光校準(zhǔn)信號(hào)的第二級(jí)或以上的譜線；第一光檢測(cè)器，與第一對(duì)光纖的輸出光纖連接，對(duì)受測(cè)試光信號(hào)的光譜分量敏感，對(duì)光校準(zhǔn)信號(hào)的第二級(jí)或以上的譜線不太敏感；和第二光檢測(cè)器，與第二對(duì)光纖的輸出光纖連接，對(duì)光校準(zhǔn)信號(hào)的第二級(jí)或以上的譜線敏感，對(duì)受測(cè)試光信號(hào)的光譜分量不太敏感。
13．如權(quán)利要求12所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二準(zhǔn)直光學(xué)元件為拋物面鏡。
14．如權(quán)利要求12所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二準(zhǔn)直光學(xué)元件為球面鏡。
15．如權(quán)利要求12所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二光纖陣列還包括一個(gè)V形槽部件，其中形成有大致呈V形的溝道，平行于V形部件的中心軸。
16．如權(quán)利要求12所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述光源是光信號(hào)發(fā)生器，按原子型能級(jí)躍遷產(chǎn)生光譜輸出。
17．如權(quán)利要求12所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述光源是光信號(hào)發(fā)生器，按分子型能級(jí)躍遷產(chǎn)生光譜輸出。
18．如權(quán)利要求12所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述光源是汞氬放電燈。
19．如權(quán)利要求12所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述光調(diào)諧元件是衍射光柵。
20．如權(quán)利要求12所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一光接收器中的光檢測(cè)器是InGaAs PIN光電二極管。
21．如權(quán)利要求12所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一光接收器中的光檢測(cè)器是InGaAs雪崩光電二極管。
22．如權(quán)利要求12所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第二光接收器中的光檢測(cè)器是硅光電二極管。
23．一種光譜分析儀，具有限定的光譜范圍和一個(gè)供同時(shí)檢測(cè)光校準(zhǔn)信號(hào)和受測(cè)試的寬帶光信號(hào)，供測(cè)定并顯示受測(cè)試光信號(hào)的光譜分量，其特征在于包括準(zhǔn)直光學(xué)元件，具有一個(gè)光軸和一個(gè)焦平面，供接收光校準(zhǔn)信號(hào)和受測(cè)試的光信號(hào)；一個(gè)光纖陣列，其中心軸與準(zhǔn)直光學(xué)元件的光軸處在同一條直線上，其第一和第二對(duì)光纖配置在準(zhǔn)直光學(xué)元件的焦平面上，各對(duì)光纖具有一個(gè)輸入光纖和一個(gè)輸出光纖，各對(duì)光纖的輸入和輸出光纖對(duì)稱配置在中心軸的任一邊，第一對(duì)光纖的輸入光纖連接成使其接收受測(cè)試的光信號(hào)；一個(gè)光源，與第二對(duì)光纖的輸入光纖連接，產(chǎn)生具有處在光學(xué)系統(tǒng)第一級(jí)光譜范圍內(nèi)的第二級(jí)或以上譜線的光校準(zhǔn)信號(hào)；一個(gè)光調(diào)諧元件，接收準(zhǔn)直光學(xué)元件來的光校準(zhǔn)信號(hào)和受測(cè)試的光信號(hào)，供在第一級(jí)光譜范圍內(nèi)調(diào)諧光學(xué)系統(tǒng)，從而將受測(cè)試光信號(hào)的各光譜分量分開，并傳送光校準(zhǔn)信號(hào)的第二級(jí)或以上的譜線；第一光接收器，具有一個(gè)光檢測(cè)器，與第一對(duì)光纖的輸出光纖連接，對(duì)受測(cè)試光信號(hào)的光譜分量敏感，對(duì)光校準(zhǔn)信號(hào)的第二級(jí)或以上的譜線不太敏感，供產(chǎn)生表示受測(cè)試光信號(hào)光譜分量的電信號(hào)；第二光接收器，具有一個(gè)光檢測(cè)器，與第二對(duì)光纖的輸出光纖連接，對(duì)光校準(zhǔn)信號(hào)的第二級(jí)或以上的譜線敏感，對(duì)受測(cè)試光信號(hào)的光譜分量不太敏感，供產(chǎn)生表示光校準(zhǔn)信號(hào)的第二級(jí)或以上譜線的電信號(hào)；電信號(hào)轉(zhuǎn)換器件，供將光接收器來的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；和處理器件，供處理數(shù)字值，以便從表示光校準(zhǔn)信號(hào)譜線的數(shù)字值產(chǎn)生校準(zhǔn)誤差，并將誤差值加到表示受測(cè)試光信號(hào)的光譜分量的數(shù)字值上。
24．如權(quán)利要求23所述的光譜分析儀，其特征在于，所述光源用于產(chǎn)生725納米至825納米范圍的第二級(jí)或以上的譜線。
25．如權(quán)利要求23所述的光譜分析儀，其特征在于，所述光源是汞氬放電燈。
26．如權(quán)利要求23所述的光譜分析儀，其特征在于，所述第一光接收器中的光檢測(cè)器是InGaAs PIN光電二極管。
27．如權(quán)利要求23所述的光譜分析儀，其特征在于，所述第一光接收器中的光檢測(cè)器是InGaAs雪崩光電二極管。
28．如權(quán)利要求23所述的光譜分析儀，其特征在于，所述第二光接收器中的光檢測(cè)器是硅光電二極管。
29．如權(quán)利要求23所述的光譜分析儀，其特征在于，所述光調(diào)諧元件是衍射光柵。
30．如權(quán)利要求28所述的光譜分析儀，其特征在于，它還包括一個(gè)在1450納米至1650納米的在第一級(jí)光譜范圍內(nèi)調(diào)諧衍射光柵的衍射光柵調(diào)諧電機(jī)。
31．如權(quán)利要求23所述的光譜分析儀，其特征在于，所述電信號(hào)轉(zhuǎn)換器件包括一個(gè)多路復(fù)用器，連接成使其接收來自第一和第二光接收器的電信號(hào)；一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，交替接收來自第一和第二光接收器的電信號(hào)。
32．如權(quán)利要求23所述的光譜分析儀，其特征在于，所述處理器件包括一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器。
33．一種在光譜分析儀中同時(shí)檢測(cè)光校準(zhǔn)信號(hào)和受測(cè)試光信號(hào)的方法，所述光譜分析儀有一個(gè)具有限定的第一級(jí)光譜范圍的光學(xué)系統(tǒng)，且包括準(zhǔn)直光學(xué)元件、產(chǎn)生光校準(zhǔn)信號(hào)的光信號(hào)校準(zhǔn)源、受測(cè)試光信號(hào)輸入端、光校準(zhǔn)信號(hào)輸入端、光調(diào)諧元件以及第一和第二光檢測(cè)器，所述方法的特征在于，它包括下列步驟a)將光校準(zhǔn)信號(hào)和受測(cè)試的光信號(hào)同時(shí)射入所述光學(xué)系統(tǒng)中，其中光校準(zhǔn)信號(hào)具有處在光學(xué)系統(tǒng)范圍內(nèi)的第二級(jí)或以上的譜線；和b)用第一光檢測(cè)器和第二光檢測(cè)器同時(shí)檢測(cè)光校準(zhǔn)信號(hào)和受測(cè)試的光信號(hào)，其中第一光檢測(cè)器對(duì)受測(cè)試的光信號(hào)敏感，對(duì)光校準(zhǔn)信號(hào)的第二級(jí)或以上的譜線不太敏感，第二光檢測(cè)器對(duì)光校準(zhǔn)信號(hào)的第二級(jí)或以上的譜線敏感，對(duì)受測(cè)試的光信號(hào)不太敏感。
34．如權(quán)利要求33所述的在光譜分析儀中同時(shí)檢測(cè)光校準(zhǔn)信號(hào)和受測(cè)試光信號(hào)的方法，其特征在于，它還包括在第一級(jí)光譜范圍內(nèi)調(diào)諧光學(xué)系統(tǒng)，從而將光校準(zhǔn)信號(hào)和受測(cè)試光信號(hào)的各光譜分量分離開來的步驟。
35．如權(quán)利要求33所述的在光譜分析儀中同時(shí)檢測(cè)光校準(zhǔn)信號(hào)和受測(cè)試光信號(hào)的方法，其特征在于，所述同時(shí)檢測(cè)步驟還包括同時(shí)將光校準(zhǔn)信號(hào)和受測(cè)試的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的步驟。
全文摘要
一種光學(xué)系統(tǒng),通過光隔離的光路將光信號(hào)耦合到分立的光檢測(cè)器上,以對(duì)光譜分析儀中的校準(zhǔn)信號(hào)和測(cè)試信號(hào)一起進(jìn)行檢測(cè)。成對(duì)的光纖對(duì)稱設(shè)在光軸任一邊,供與一邊的輸入光纖和另一邊的輸出光纖準(zhǔn)直的光學(xué)元件之用。輸入光纖分別接收校準(zhǔn)信號(hào)和測(cè)試信號(hào),輸出光纖與各檢測(cè)器連接。光校準(zhǔn)源產(chǎn)生處在光學(xué)系統(tǒng)第一級(jí)光譜范圍內(nèi)的第二級(jí)或以上的譜線。衍射光柵將測(cè)試信號(hào)的第一級(jí)光譜分量傳送給一個(gè)檢測(cè)器,將校準(zhǔn)信號(hào)的第二級(jí)或以上的譜線從準(zhǔn)直光學(xué)元件傳送給另一檢測(cè)器。對(duì)來自檢測(cè)器的電信號(hào)數(shù)字化并進(jìn)行處理,獲得校正誤差,以用于校正由光譜分析儀顯示的測(cè)試信號(hào)。
文檔編號(hào)G01J3/36GK1318742SQ0110475
公開日2001年10月24日 申請(qǐng)日期2001年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月21日
發(fā)明者D·R·安德森 申請(qǐng)人:特克特朗尼克公司