專利名稱：單接收器件的脈沖光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用單接收器件的脈沖光譜儀，更具體地來說是一種將脈沖光譜信 號在時域展開，僅僅使用一只光電接收器件，就可測量多個脈沖光輸入源的光譜儀。
背景技術(shù)：
已有的脈沖光譜測量一般采用如下幾種方案1，采用多通道光電轉(zhuǎn)換器件的方案。在原有傳統(tǒng)方案中，多采用CCD線陣、多 通道光電倍增管、ICCD面陣、等作為采集原件，將脈沖光信號的光譜同步采集、轉(zhuǎn)換。 例如"可選波長脈沖攝譜儀"200810014777.8公開了一種利用多通道光電轉(zhuǎn)換器件進(jìn)行 脈沖光譜測量的方案。2，使用多種波長透過特性的濾光片的方案。此方案運(yùn)用濾光片，運(yùn)用多通道的分 束光路，將每一個輸出通道經(jīng)過一個濾光片過濾，再連接至光電轉(zhuǎn)換原件。此方案的最 大缺點是如果有N個通道，每一通道的能量均為原來的1/N，大部分信號能量被浪費(fèi)了， 通道越多，能量浪費(fèi)越多，也就是降低了信噪比。3，用上面兩種方案結(jié)合的方式。先有光譜儀將光信號按頻率分離，再用干涉濾光 片濾光，可以達(dá)到六個量級的光強(qiáng)抑制比。這種方案功耗高、體積大，不適用于需要低 功耗的場合。以上方案作為測量脈沖光源的光譜信號，均有一定的局限性，由于是多個通道同時 測量，需要較為龐大的附屬光機(jī)、光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，作為測量轉(zhuǎn)換之用。在需要低功耗的 場合，例如利用太陽能的海洋光學(xué)浮標(biāo)，利用電池的水下自容式測量系統(tǒng)，抑或軍用等 場合的脈沖光電測量系統(tǒng)，均需要一種低功耗、多通道的脈沖光譜儀。而本發(fā)明采用單 接收器件作為脈沖光譜儀的光電轉(zhuǎn)換器件，降低了功耗，且在儀器的光譜采集、轉(zhuǎn)換的 一致性方面均有很大優(yōu)勢。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種使用單接收器件的脈沖光譜儀，己彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足。 本發(fā)明的核心內(nèi)容是運(yùn)用多個脈沖光信號在多根光纖中的傳輸時間的不同，從而將光譜 信號在時域展開成一系列脈沖，將多個通道的測量，僅用一只光電轉(zhuǎn)換器件來實現(xiàn)，減 少了功耗，降低了光譜儀的復(fù)雜程度。一種單接收器件的脈沖光譜儀，用于測量同一時刻的多個脈沖光信號，包括光譜儀， 外部計算機(jī)采集系統(tǒng)，其特征在于發(fā)生于同一時刻的多個光脈沖信號通過第1路輸入光接收器、第2路輸入光接收器、第N路輸入光接收器，其中N代表大于等于1路的光 路，分別經(jīng)過不同長度的多根光纖，連接到NX1的光纖耦合器，光纖耦合器的輸出端 使用光纖連接到一部光譜儀，光譜儀的多個波長不同的輸出分別運(yùn)用多條不同長度的光 纖，將不同波長的輸出光信號耦合至光纖耦合器，其合并的光信號輸出通過光纖連接至 光電轉(zhuǎn)換器，并由外部計算機(jī)采集系統(tǒng)將光電轉(zhuǎn)換器所輸出的電信號轉(zhuǎn)換、存儲、顯示。上述的光輸入端數(shù)量大于或等于一條，沒有數(shù)量限制；每條光輸入端由輸入光接收器和光纖組成。光譜儀的多個波長不同的輸出，可以是一個或多于一個，每個輸出經(jīng)過 一條光纖，輸出的數(shù)量和光纖的條數(shù)沒有限制。每條光輸入端所連接的光纖長度各不相 同。光譜儀的多個波長不同的輸出，連接的光纖長度各不相同。多個波長不同的輸出， 連接多條光纖，其長度的差異換算為光信號在光纖內(nèi)傳輸?shù)臅r間，此時間要求大于需測 量脈沖光的脈沖寬度。多個光輸入端所連接的光纖，各光纖之間的長度的差異應(yīng)大于光 輸出光纖中最長的一條的長度，且應(yīng)多留一段余量；此長度余量，換算為光信號在光纖 內(nèi)傳輸?shù)臅r間，此時間要求大于需測量脈沖光的脈沖寬度。如果光接收器的光敏感面積足夠大，則多個波長不同的輸出對應(yīng)多條不同長度的光 纖，可直接連接至光電轉(zhuǎn)換器的光接收敏感部分，省去不用光纖耦合器，以降低儀器的 復(fù)雜程度。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。 圖1，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2，多個脈沖光輸入的能量與時間的關(guān)系圖。圖3，經(jīng)過不同長度光纖傳輸后多個脈沖光輸入的能量與時間的關(guān)系圖。圖4，進(jìn)入光譜儀的光譜信號的波長與能量的關(guān)系圖。圖5，光譜儀輸出經(jīng)由不同長度光纖傳輸后的能量與時間的關(guān)系圖。圖6,多個光譜信號經(jīng)過本發(fā)明后得到的光信號能量與時間的關(guān)系圖。其中，1，第l路輸入光接收器 2，第2路輸入光接收器 3，第N路輸入光接收器 4，光纖 5，光纖 6，光纖 7，光纖耦合器 8，光纖 9，光譜儀 10，光纖 11，光纖 12，光纖 13，光纖耦合器 14，光纖 15， 光電轉(zhuǎn)換器 16，外部計算機(jī)采集系統(tǒng)具體實施方式
此處的具體實施方式
是為了舉例解釋本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容，并不限定于此例的形式。如圖1， 一種單接收器件的脈沖光譜儀，用于測量同一時刻的多個脈沖光信號，包 括光譜儀(9)，外部計算機(jī)采集系統(tǒng)(16)，其特征在于同一時刻的三個光脈沖信號通 過第1路輸入光接收器(1)、第2路輸入光接收器(2)、第N路輸入光接收器(3)， 分別經(jīng)過不同長度的光纖(4)、光纖(5)、光纖(6)，連接到NX1的光纖耦合器(7)， 光纖耦合器(7)的輸出端使用光纖(8)連接到一部光譜儀(9),光譜儀(9)的多個 波長不同的輸出分別運(yùn)用多條不同長度的光纖(10)、光纖(11)和光纖(12)，將不同 波長的輸出光信號耦合至光纖耦合器(13)，其合并的光信號輸出通過光纖(14)連接 至光電轉(zhuǎn)換器(15)，并由外部計算機(jī)采集系統(tǒng)(16)將光電轉(zhuǎn)換器(15)所輸出的電 信號轉(zhuǎn)換、存儲、顯示。圖2 圖6用一個實例講述了單接收器件的脈沖光譜儀工作的過程。如圖2所示， 有三個光譜信號Sa、 Sb、 Se，其在時間軸上是重疊的，能量各有不同。三個光譜信號， 分別經(jīng)過第1、第2、第N路輸入光接收器耦合進(jìn)入到不同長度的光纖(4)、光纖(5)、 光纖(6)中，由于光纖長度不同，光信號傳輸所經(jīng)過的時間也不同，由圖3所示，三個光譜分別從to延時至ta、 tb、 te。三個有時間差的光信號由光纖耦合器(7)耦合至一根光纖(8)，并傳輸至光譜儀(9)。光譜儀將光信號按頻率或波長的不同而分光，光譜 在頻域上的特性由圖4所示，需要測量的三個不同頻率的光分別耦合至三根長度不同的 光纖(10)、光纖(11)、光纖(12)中，由于光纖長度不同，最終三根光纖的光信號經(jīng) 光纖耦合器(13)耦合到光纖(14)并到達(dá)光電轉(zhuǎn)換器件(15)時，有時間差，在圖5上表達(dá)的結(jié)果是從&()分別延時至td、 te、 tf時刻。為了能夠分辨最終的信號是來自哪個 脈沖光源，圖3所示的ta到te的時間要大于td、te兩個時刻的時間差，也就是說，光纖(4)、光纖(5)、光纖(6)的兩兩之間長度之差，應(yīng)大于光纖(10)、光纖(11)、光 纖(12)之中最長的一根光纖的長度，并應(yīng)再多留出一些余量，以便使信號清晰地分離開來。圖2所示的三個脈沖光源的光譜信號Sa、 Sb、 Sc，經(jīng)過本發(fā)明的光學(xué)延時處理之后，在光電轉(zhuǎn)換器件(15)接收到的光的能量信號由圖6所示，分別按照輸入光接收器 的不同和光譜的不同，展開成為從to時刻開始的從W直到tcf的一系列能量信號隨時間 的變化。單一的光電轉(zhuǎn)換器件(15)可以測量同時到來的多個光信號的光譜信息，經(jīng)過 外部計算機(jī)采集系統(tǒng)(16)將光電轉(zhuǎn)換器(15)所輸出的電信號轉(zhuǎn)換、存儲、顯示。上述實施例中的三個光脈沖信號、三個不同頻率的光均為舉例說明，實際應(yīng)用中數(shù) 量可以是任意個，用三個只是用來說明本發(fā)明的工作過程。所使用的光纖是無源器件，能量在其中傳輸也不會損失太多；脈沖光譜信號由于信 號變化速度快，需要使用較快速的A/D轉(zhuǎn)換器，快速的轉(zhuǎn)換器正好轉(zhuǎn)換由本發(fā)明轉(zhuǎn)換 得來的一系列光譜信號；使用單一光電接收器件在A/D轉(zhuǎn)換、功耗方面比多個光電接 收器有很大的功耗上的優(yōu)勢，特別是在使用電池供電的系統(tǒng)中，更能體現(xiàn)出其優(yōu)勢，有 利于其推廣使用。
權(quán)利要求
1. 一種單接收器件的脈沖光譜儀，用于測量同一時刻的多個脈沖光信號，包括光譜儀(9)，外部計算機(jī)采集系統(tǒng)(16)，其特征在于同一時刻的多個光脈沖信號通過第1路輸入光接收器(1)、第2路輸入光接收器(2)、第N路輸入光接收器(3)，分別經(jīng)過不同長度的光纖(4)、光纖(5)、光纖(6)，連接到N×1的光纖耦合器(7)，光纖耦合器(7)的輸出端使用光纖(8)連接到一部光譜儀(9)，光譜儀(9)的多個波長不同的輸出分別運(yùn)用多條不同長度的光纖(10)、光纖(11)和光纖(12)，將不同波長的輸出光信號耦合至光纖耦合器(13)，其合并的光信號輸出通過光纖(14)連接至光電轉(zhuǎn)換器(15)，并由外部計算機(jī)采集系統(tǒng)(16)將光電轉(zhuǎn)換器(15)所輸出的電信號轉(zhuǎn)換、存儲、顯示。
2. 如權(quán)利要求l所述的單接收器件的脈沖光譜儀，其特征在于光輸入端數(shù)量大于或 等于一條，沒有數(shù)量限制；每條光輸入端由輸入光接收器(1)和光纖(4)組成。
3. 如權(quán)利要求1所述的單接收器件的脈沖光譜儀，其特征在于光譜儀(9)的多個 波長不同的輸出，可以是一個或多于一個，每個輸出經(jīng)過一條光纖(10)，輸出 的數(shù)量和光纖的條數(shù)沒有限制。
4. 如權(quán)利要求1、 2所述的單接收器件的脈沖光譜儀，其特征在于每條光輸入端所 連接的光纖長度各不相同。
5. 如權(quán)利要求l、 3所述的單接收器件的脈沖光譜儀，其特征在于光譜儀(9)的多 個波長不同的輸出，連接的光纖長度各不相同。
6. 如權(quán)利要求1所述的單接收器件的脈沖光譜儀，其特征在于權(quán)利要求5所述的多 個波長不同的輸出，連接多條光纖，其長度的差異換算為光信號在光纖內(nèi)傳輸?shù)?時間，此時間要求大于需測量脈沖光的脈沖寬度。
7. 如權(quán)利要求1所述的單接收器件的脈沖光譜儀，其特征在于權(quán)利要求4所述的多 個光輸入端所連接的光纖，各光纖之間的長度的差異應(yīng)大于如權(quán)利要求6所述各 條光纖中最長的一條的長度，且應(yīng)多留一段長度余量；此長度余量，換算為光信 號在光纖內(nèi)傳輸?shù)臅r間，此時間要求大于需測量脈沖光的脈沖寬度。
8. 如權(quán)利要求1所述的單接收器件的脈沖光譜儀，其特征在于可將多個波長不同的 輸出對應(yīng)多條不同長度的光纖(10)直接連接至光電轉(zhuǎn)換器(15)的光接收敏感 部分，省去不用光纖耦合器(13)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單接收器件的脈沖光譜儀。本發(fā)明的核心內(nèi)容是運(yùn)用多個脈沖光信號在多根光纖中的傳輸時間的不同，從而將光譜信號在時域展開成一系列脈沖，將多個通道的測量，僅用一只光電轉(zhuǎn)換器件來實現(xiàn)，減少了功耗，降低了光譜儀的復(fù)雜程度。由于所使用的光纖是無源器件，能量在其中傳輸也不會損失太多；脈沖光譜信號由于信號變化速度快，需要使用較快速的A/D轉(zhuǎn)換器，快速的轉(zhuǎn)換器正好轉(zhuǎn)換由本發(fā)明轉(zhuǎn)換得來的一系列光譜信號；使用單一光電接收器件在A/D轉(zhuǎn)換、功耗方面比多個光電接收器有很大的功耗上的優(yōu)勢，特別是在使用電池供電的系統(tǒng)中，更能體現(xiàn)出其優(yōu)勢，有利于其推廣使用。
文檔編號G01J3/00GK101532877SQ20091001454
公開日2009年9月16日 申請日期2009年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月3日
發(fā)明者劉金濤, 張亭祿, 張凱臨 申請人:中國海洋大學(xué)