本發(fā)明涉及激光，具體而言，涉及一種光譜及相干性的聯(lián)合測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、超連續(xù)譜是一種范圍寬廣的光譜，具有激光的高亮度、高相干性和方向性好的特點，在多個領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)有技術(shù)中公開了對于其跨度范圍以及相干特性的表征的研究方式，例如：光譜及相干性的表征均為分立測試，采用光柵光譜儀或傅里葉光譜儀對光譜進行測量，而相干性大多通過延時干涉測量或?qū)Υ罅抗庾V數(shù)據(jù)進行系綜平均數(shù)值仿真獲得，但對于紅外長波長范圍的表征分析缺乏技術(shù)手段，更鮮有技術(shù)可進行共線測量。

2、因此，開發(fā)一種可實現(xiàn)超連續(xù)光譜及相干性共線聯(lián)合測量的方法對超連續(xù)譜的應(yīng)用尤為重要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為實現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┝艘环N超連續(xù)光譜及相干性的聯(lián)合測量系統(tǒng)，包括：

2、待測光譜產(chǎn)生模塊：用于在既定偏振方向產(chǎn)生光譜展寬，獲得待測超連續(xù)譜；待測光譜產(chǎn)生模塊包括脈沖激光光源、非線性介質(zhì)，脈沖激光光源以水平或垂直偏振方向激發(fā)非線性介質(zhì)產(chǎn)生待測超連續(xù)譜；非線性光學介質(zhì)包括光纖、體介質(zhì)或光子波導(dǎo)；

3、干涉模塊：用于將待測光譜進行干涉產(chǎn)生時域干涉信號；處理過程包括將待測超連續(xù)譜的時域脈沖分為兩路，其中一路為由時間拉伸色散介質(zhì)進行時域展寬引入已知相位，另一路由周期性變化激光延時線進行延遲；并將引入已知相位的脈沖和延遲脈沖合束形成時域干涉信號；

4、光學處理模塊：用于探測時域干涉信號；

5、數(shù)據(jù)處理模塊：用于將所述時域干涉信號處理為頻域信號，從中提取光譜及相干特性。

6、其中，干涉模塊采用干涉儀結(jié)構(gòu)，包括時間拉伸單元和時間延遲單元；

7、時間拉伸單元中加入色散介質(zhì)，色散介質(zhì)在脈沖頻域中引入與波長相關(guān)的相移量，支持從頻譜中獲得包含相干信息的干涉條紋；

8、時間延遲單元用于實現(xiàn)對原始脈沖進行可變延時掃描。

9、干涉模塊將引入已知相位的脈沖和延時脈沖合束形成時域干涉信號后，對時域干涉信號進行信號處理，反演出包含干涉條紋的頻域光譜。

10、光學處理模塊包括：光學檢偏器、光功率計、光衰減器和光濾波片，其中，光濾波片用于濾出所需測量的光譜范圍，光學檢偏器與光功率計用于在所需偏振態(tài)上獲得最佳干涉信號強度，光衰減器用于控制輸入光電探測器的最大功率，光電探測器用于探測時域干涉信號。

11、干涉模塊還包括待測超連續(xù)譜輸入端、準直器、分光鏡和回路鏡；

12、其中，準直器用于校準從待測超連續(xù)譜輸入端輸入的待測超連續(xù)譜的傳輸方向，待測超連續(xù)譜沿空間光路準直傳至分光鏡，由分光鏡劃分為兩路脈沖；其中一路脈沖通過時間拉伸單元至回路鏡反射至分光鏡、另一路脈沖通過時間延遲單元反射至分光鏡；

13、分光鏡還用于將兩路脈沖合束，形成干涉信號輸出。

14、時間延遲單元由可在指定時間延遲范圍沿空間光路方向進行位置移動的激光延時掃描裝置構(gòu)成。

15、其中，數(shù)據(jù)處理模塊通過余弦傅里葉變換將所述時域干涉信號處理為頻域信號。

16、數(shù)據(jù)處理模塊包括：

17、相干性信息提取單元：用于從頻域信號的干涉條紋中提取條紋可見度，結(jié)合干涉條紋可見度與相干性關(guān)系獲得相干性信息；

18、光譜信息提取單元：用于從頻域信號解調(diào)已知相位或提取干涉條紋包絡(luò)獲得光譜信息。

19、進一步的，數(shù)據(jù)處理模塊通過余弦傅里葉變換將時域干涉信號處理為頻域信號的過程包括：

20、定義泵浦源電場分布為e(ω)，分束后經(jīng)時間延遲單元和時間拉伸單元的兩路分別為e1＝e(ω)exp(iωτ)、e2＝e(ω)[exp(iβ(ω)l)]；

21、合束后所得干涉信號強度與時間拉伸單元引入的已知相位以及由時間延遲單元引入的兩束干涉光的延時差有關(guān)，所述干涉信號強度表示為：

22、其中：ω為入射光的角頻率、τ為兩束干涉光的延時差、β(ω)l為時間拉伸單元所引入的已知相位且僅考慮二階色散，即

23、對頻域坐標進行替換，代入與延時量τ相對應(yīng)的頻域坐標系υ，表示為：

24、

25、對于實際復(fù)頻率待測超連續(xù)譜，干涉信號表示為：

26、

27、其中，i(τ)即包含引入已知相位的干涉信號，為待測超連續(xù)光譜強度，且

28、對i(τ)做反余弦傅里葉變換得到具有干涉條紋的頻譜為：

29、

30、所述頻譜為包含反應(yīng)相干程度干涉條紋的頻譜。

31、進一步的，數(shù)據(jù)處理模塊通過余弦傅里葉變換將時域干涉信號處理為頻域信號后，針對不同相干度的待測光譜對其光譜和相干性的提取做出不同處理，包括：

32、對具有干涉條紋的頻譜引入相干度系數(shù)γ12，表示為：

33、

34、當γ12＝1時，對干涉條紋的可見度進行提取，獲得相應(yīng)相干性信息，將引入的已知相位進行解調(diào)可獲得所測光譜包絡(luò)；

35、當0＜γ12＜1，反演所得的光譜將發(fā)生失真，其相干性定性反映于光譜的退化，該光譜表現(xiàn)為的聯(lián)合參數(shù)，此時去除色散單元同時將兩路調(diào)整為等臂干涉獲得干涉信號進行反可得光譜以上二者之比即可獲得相干度系數(shù)γ12。

36、本發(fā)明提供的光譜及相干性的聯(lián)合測量系統(tǒng)，應(yīng)用傳統(tǒng)干涉儀結(jié)構(gòu)，在干涉單元中引入色散介質(zhì)進行時間脈沖拉伸，在頻譜中提供反映相干性信息的干涉條紋，從而在干涉模塊后進行同步數(shù)據(jù)處理即可聯(lián)合得到待測光譜的光譜和相干性信息。本發(fā)明的實現(xiàn)不僅通過傳統(tǒng)干涉結(jié)構(gòu)實現(xiàn)光譜的測量，同時也表征了光譜相干性這一重要特性，尤其是針對紅外光譜范圍，并且通過聯(lián)合測量系統(tǒng)可共線同步獲得光譜和相干性的信息，該技術(shù)對于超連續(xù)譜的光學性質(zhì)表征具有貢獻作用。

技術(shù)特征：

1.一種超連續(xù)光譜及相干性的聯(lián)合測量系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)合測量系統(tǒng)，其特征在于，所述干涉模塊采用干涉儀結(jié)構(gòu)，包括時間拉伸單元和時間延遲單元；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聯(lián)合測量系統(tǒng)，其特征在于，所述干涉模塊將引入已知相位的脈沖和延時脈沖合束形成時域干涉信號后，對所述時域干涉信號進行信號處理，反演出同時包含干涉條紋的頻域光譜。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)合測量系統(tǒng)，其特征在于，所述光學處理模塊包括：光學檢偏器、光功率計、光衰減器和光濾波片，其中，光濾波片用于濾出所需測量的光譜范圍，光學檢偏器與光功率計用于在所需偏振態(tài)上獲得最佳干涉信號強度，光衰減器用于控制輸入光電探測器的最大功率，光電探測器用于探測時域干涉信號。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聯(lián)合測量系統(tǒng)，其特征在于，所述干涉模塊還包括待測超連續(xù)譜輸入端、準直器、分光鏡和回路鏡；

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聯(lián)合測量系統(tǒng)，其特征在于，所述時間延遲單元由可在指定時間延遲范圍沿空間光路方向進行位置移動的激光延時掃描裝置構(gòu)成。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)合測量系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理模塊通過余弦傅里葉變換將所述時域干涉信號處理為頻域信號。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聯(lián)合測量系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的聯(lián)合測量系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理模塊通過余弦傅里葉變換將所述時域干涉信號處理為頻域信號包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的聯(lián)合測量系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理模塊通過余弦傅里葉變換將所述時域干涉信號處理為頻域信號后，針對不同相干度的待測光譜對其光譜和相干性的提取做出不同處理，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種超連續(xù)光譜及相干性的聯(lián)合測量系統(tǒng)，包括：待測光譜產(chǎn)生模塊：用于在既定偏振方向產(chǎn)生光譜展寬，獲得待測超連續(xù)譜；干涉模塊：用于將待測光譜進行干涉產(chǎn)生時域干涉信號；處理過程包括將待測超連續(xù)譜的時域脈沖分為兩路，其中一路由時間拉伸色散介質(zhì)進行時域展寬引入已知相位，另一路由周期性變化激光延時線進行延遲；并將引入已知相位的脈沖和延遲脈沖合束形成時域干涉信號；光學處理模塊：用于探測時域干涉信號；數(shù)據(jù)處理模塊：用于將時域干涉信號處理為頻域信號，從中提取光譜及相干特性。根據(jù)上述技術(shù)方案，可以通過該系統(tǒng)實現(xiàn)光譜的測量，同時實現(xiàn)了共線同步獲得相干性信息，尤其是針對紅外光譜范圍。

技術(shù)研發(fā)人員：郭海潤,楊璐,褚永遠,史志明,韋超前,吳愷琳
受保護的技術(shù)使用者：上海大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9