一种精密光谱仪波长校准方法及装置与流程

专利2025-03-29  12


本发明属于光谱检测领域,具体涉及一种精密光谱仪波长校准方法及装置。


背景技术:

1、光谱分析是诸如通信、传感、分子光谱学、微波生成等光学应用中的关键诊断工具,例如使用光学方法对光纤通信、传输系统中的超高速率光信号进行光谱参数测量,可以得到传输信号的信号质量、osnr、比特误码率等信息,是诊断和监视传输信号的一种有效手段。随着三超光网络的发展,采用各种调制格式以提升频谱效率成为必然,这就要求实现pm量级光谱分辨率和波长精度的光纤信号精密光谱参数测量。

2、目前,常用的是基于光栅衍射的光谱分析仪,它具有宽光谱范围和高扫描速度等优点,通常其最好的仪器分辨率被限制在2ghz。需要更高分辨率时,通常采用基于均差或外差技术的光谱分析仪。均差技术需要一个频率很接近待测源的本地振荡器,通常难以实现,特别是对于超高分辨率(<10mhz)。外差技术可克服这一缺陷,但其缺点也很明显,它需要诸如声光调制器、射频驱动器或微波源等昂贵器件驱动;需要很长的光纤,例如5khz分辨率时需要40km光纤,此时光纤损耗和非线性效应不能忽略,实际应用时难以实现很高的分辨能力。

3、针对光谱分辨率不足的现状,基于光纤受激布里渊效应的精密光谱分析技术,是一种很有前途的技术路线。它采用光纤受激布里渊效应结合泵浦光推扫,实现了超高光谱分辨率和波长精度的光纤信号精密光谱参数测量与分析。

4、面向光通信等光电领域应用的光谱分析仪的主要功能是,获取待测光纤信号的包含波长和功率信息的光谱参数,但是光谱仪获取的原始数据是不包含任何物理信息的码值信息,因此需要进行波长校正,已给出获取光谱数据的波长信息。但是对于精密光谱分析仪,由于其超高的光谱分辨能力,传统的单频光源、气室等不能给出足够数量的波长参考点,fp标准具等不能给出足够波长精度的波长参数点,现有方法不适用于精密光谱仪的波长校准。因此,对于光纤布里渊光谱仪这类精密光谱分析仪,如何进行波长校准,是一个十分具备挑战性的工作。


技术实现思路

1、针对光纤布里渊光谱仪这类精密光谱仪的波长校准问题,本发明提出了一种精密光谱仪波长校准方法,通过采用光频率梳光源结合分段波长拟合的波长校准方法,实现了精密光谱仪的高精度波长校准,设计合理,解决了精密光谱仪的高精度波长校准难题,具有良好效果。

2、为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:一种精密光谱仪波长校准方法,包括:

3、步骤1:获取光频率梳光源的标准光谱数据,与精密光谱仪的仪器线型函数进行卷积,通过调整仪器线型函数的谱宽参数,得到与待波长校准精密光谱仪的光谱分辨率匹配的波长校准参考数据;

4、步骤2:使用标准光纤跳线连接光频率梳光源和精密光谱仪,精密光谱仪获取光频率梳光源的测量光谱数据;

5、步骤3:将测量光谱数据按照波长范围分为数段,在每一波段内,采用最小二乘拟合方法,对于波长校准参考数据和测量光谱数据的所有峰值波长进行拟合,得到波长校准系数;

6、步骤4:采用波长校准系数,对于精密光谱仪的测量光谱数据进行波长校准,从而完成波长校准。

7、优选地,波长校准系数通过以下方法获得:

8、spstd(λi)=cal0+cal1×spm(λi)+cal2×spm(λi)2+…+caln×spm(λi)n;

9、其中,spstd(λi)为波长校准参考数据,spm(λi)为获取的光频率梳光源的测量光谱数据;caln为波长校准系数;i表示光谱采样点序号,n为计算波长校准系数时的多项式拟合阶数。

10、本发明还提供一种实现所述方法的装置,该装置包括光频率梳光源、标准光纤跳线、计算机;

11、光频率梳光源用于提供波长校准的标准参考光;

12、标准光纤跳线用于光频率梳光源、精密光谱仪间的光信号传输;

13、计算机用于处理光谱数据并计算给出校准系数。

14、本发明所带来的有益技术效果:

15、本发明提出了一种基于光频率梳光源结合分段波长拟合的精密光谱仪波长校准方法,能够满足精密光谱仪的波长校准需求,解决光纤布里渊光谱仪这类精密光谱仪的高精度波长校准难题。

16、本发明提出的精密光谱仪波长校准方法,可保证精密光谱仪实现优于±0.5pm以上的波长测量精度;

17、本发明提出的精密光谱仪波长校准方法,通过将光频率梳光源的标准光谱数据,与精密光谱仪的仪器线型函数进行卷积,通过调整仪器线型函数的谱宽参数,得到与待波长校准精密光谱仪的光谱分辨率匹配的波长校准参考数据的方法,得到了更合适的波长校准参考基准,避免了由于光频率梳光源的梳齿间隔过密,而精密光谱仪的光谱分辨率不足,可能引起的参考谱线混淆,导致的波长值识别错误问题,提高了波长校准精度。

18、本发明提出的精密光谱仪波长校准方法,采用分段波长拟合给出波长校准系数的方案,有效提高了波长校准精度。

19、本发明提出的精密光谱仪波长校准方法,适用于布里渊滤波、外差相干、拍频相干、光驻波等不同原理的精密光谱分析仪的波长校准。



技术特征:

1.一种精密光谱仪波长校准方法,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的精密光谱仪波长校准方法,其特征在于,步骤(3)中,波长校准系数通过以下方法获得:

3.一种用于实现权利要求1所述方法的精密光谱仪波长校准装置,其特征在于:包括光频率梳光源、标准光纤跳线、计算机;


技术总结
本发明公开了一种精密光谱仪波长校准方法,该方法包括如下步骤:光频率梳光源的标准光谱数据,与精密光谱仪的仪器线型函数进行卷积,通过调整仪器线型函数的谱宽参数,得到与待波长校准精密光谱仪的光谱分辨率匹配的波长校准参考数据;使用标准光纤跳线连接光频率梳光源和精密光谱仪,精密光谱仪获取光频率梳光源的测量光谱数据;将测量光谱数据按照波长范围分为数段,在每一波段内,采用最小二乘拟合方法,对于波长校准参考数据和测量光谱数据的所有峰值波长进行拟合,得到波长校准系数;采用波长校准系数,对于精密光谱仪的测量光谱数据进行波长校准。本发明能够满足精密光谱仪的波长校准需求,解决精密光谱仪的高精度波长校准难题。

技术研发人员:刘加庆,曲天阳,张洋,杜特,刘帝佑,刘志明,张志辉
受保护的技术使用者:中电科思仪科技股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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