CN113654672A

CN113654672A - 波长测量装置及方法

Info

Publication number: CN113654672A
Application number: CN202111129025.8A
Authority: CN
Inventors: 张建伟; 施文心
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2021-09-26
Filing date: 2021-09-26
Publication date: 2021-11-16

Abstract

本申请涉及一种波长测量装置及方法。波长测量装置包括激光发射器、光开关装置和波长计。所述光开关装置包括光输出口和多个光输入口，所述激光发射器与所述多个光输入口连接，所述光开关装置用于切换所述多个光输入口的导通状态。所述波长计与所述光输出口连接。所述波长测量装置克服在原来的实验中，如果需要测量多个光学信号的波长，需要手动切换多个输入信号来实现多个波长测量的问题。使用本申请的波长测量装置及方法，在实验过程中无需拆装波长计输入端，提高科研过程中的效率，减少了激光在空气中非固定光路传播的机会。

Description

波长测量装置及方法

技术领域

本申请涉及测量领域，特别是涉及波长测量的装置及方法。

背景技术

在众多基础科研、精密测量、计量等领域，对连续波和脉冲激光器的波长测量有很大的需求。波长计是专为连续波和脉冲激光器的波长测量而设计的，是具有极高精度和测量速率的设备。

在波长计的使用过程中，如果需要测量多个光学信号的波长，需要手动切换多个输入信号来实现多个波长测量，给测量工作带来极大的不便性。频繁地拆装波长计的输入连接端，增加了激光在空气中非固定光路传播的机会。

发明内容

基于此，有必要针对以往测量多个光学信号、多个波长时需要手动切换波长计输入端来实现波长观测的问题，提供一种波长测量的装置及方法。

一种波长测量装置包括激光发射器、光开关装置和波长计。所述光开关装置包括光输出口和多个光输入口，所述激光发射器与所述多个光输入口连接，所述光开关装置用于切换所述多个光输入口的导通状态。所述波长计与所述光输出口连接。

在其中一个实施例中，所述波长测量装置包括控制装置。所述控制装置与所述光开关装置连接，用于通过所述光开关装置切换所述多个光输入口的导通状态。

在其中一个实施例中，所述控制装置包括单片机和计算机。所述单片机与所述光开关装置连接。所述计算机与所述单片机连接，所述计算机通过所述单片机控制所述光开关装置切换所述多个光输入口的导通状态。

在其中一个实施例中，所述单片机与所述激光发射器连接。所述单片机用于调整所述激光发射器频率。在其中一个实施例中，所述计算机与所述波长计连接。所述计算机用于校准所述波长计。在其中一个实施例中，每个所述光输入口设置有第一耦合器。所述激光发射器通过所述第一耦合器与所述光开关装置连接。

在其中一个实施例中，所述光输出口设置有第二耦合器。所述波长计通过所述第二耦合器与所述光开关装置连接。

一种波长测量的方法，采用上述波长测量装置。所述激光发射器包括第一激光器。所述方法包括选择所述第一激光器输出的第一激光，控制所述光开关装置切换与所述第一激光对应的所述光输入口导通。在其中一个实施例中，所述波长测量装置还包括控制装置。所述控制装置分别与所述光开关装置、所述激光发射器和所述波长计连接。所述方法包括所述控制装置将所述波长计测量的所述第一激光的第一波长值与第一标准值比较。若第一比较结果在第一预设范围外，则调整所述第一激光器输出的所述第一激光的波长。

在其中一个实施例中，所述激光发射器还包括第二激光器。所述方法包括选择所述第二激光器输出的第二激光，所述第二激光器的稳定性高于所述第一激光器的稳定性。所述控制装置将所述波长计测量的所述第二激光的第二波长值与第二标准值比较，若第二比较结果在第二预设范围外，则校准所述波长计。

综上，本申请所提供了一种波长测量装置及方法。所述波长测量装置包括激光发射器、光开关装置和波长计。所述光开关装置包括光输出口和多个光输入口，所述激光发射器与所述多个光输入口连接，所述光开关装置用于切换所述多个光输入口的导通状态。所述波长计与所述光输出口连接。所述光开关装置的所述多个光输入口与所述激光发射器连接，所述控制装置控制所述光开关装置的所述多个光输入口的导通状态从而实现多个波长的测量，在测量过程中无需拆装所述波长计输入端，给科研工作带来便利，降低了激光在空气中非固定光路传播的机会。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的波长测量装置的结构示意图一；

图2为本申请一实施例提供的波长测量装置的结构示意图二；

图3为本申请一实施例提供的波长测量装置的结构示意图三；

图4为本申请一实施例提供的波长测量装置的结构示意图四。

附图标号：

波长测量装置10；激光发射器100；第一激光器110；第二激光器120；光开关装置200；光输出口210；光输入口220；激光发射器输出口230；波长计输入口240；波长计300；控制装置400；单片机410；计算机420；第一连接线510；第二连接线520；第三连接线530；第四连接线540；第一耦合器610；第二耦合器620。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参见图1，本申请实施例提供一种波长测量装置10。所述波长测量装置10包括激光发射器100、光开关装置200和波长计300。所述光开关装置200包括光输出口210和多个光输入口220。所述激光发射器100与所述多个光输入口220连接，所述光开关装置200用于切换所述多个光输入口220的导通状态。所述波长计300与所述光输出口210连接。

本申请实施例提供的所述波长测量装置10通过所述光开关装置200切换所述多个光输入口220的导通状态，能够对不同波长的光的波长进行测量。所述光开关装置200的所述多个光输入口220按照实际实验中的需求与所述激光发射器100进行连接，所述光开关装置200的所述光输出口210与所述波长计300连接，所述光开关装置200用于切换所述多个光输入口220的导通状态，所述激光发射器100用于发射不同波长的多个光信号。通过所述波长计300对每个所述光输入口220输入的所述激光发射器100发射出的激光波长进行测量，实现多个波长测量的功能。在波长测量的过程中无需手动拆装所述波长计300输入端，克服以往测量多个光学信号、多个波长时需要手动切换所述波长计300输入端来实现波长测量的问题，提高科研效率，降低了激光在空气中非固定光路传播的机会。

请一并参见图2，在一个实施例中，所述波长测量装置10包括控制装置400。所述控制装置400与所述光开关装置200连接。所述控制装置400用于通过所述光开关装置200切换所述多个光输入口220的导通状态。

所述控制装置400按照所述光开关装置200的使用规则，通过第一连接线510与所述光开关装置200的对应接口连接。所述控制装置400通过所述第一连接线510对所述光开关装置200进行供电。所述控制装置400输出控制信号。所述光开关装置200用于接收所述控制装置400的所述控制信号，切换所述多个光输入口220的导通状态，实现所述光开关装置200的某一所述光输入口220选通或者所述多个光输入口220循环选通。所述控制装置400还可以通过所述控制信号控制所述多个光输入口220导通时间。

在一个实施例中，所述控制装置400包括单片机410和计算机420。所述单片机410与所述光开关装置200连接。所述计算机420与所述单片机410连接。所述计算机420通过所述单片机410控制所述光开关装置200切换所述多个光输入口220的导通状态。

所述单片机410通过所述第一连接线510与所述光开关装置200连接。所述单片机410通过第二连接线520与所述计算机420连接。所述第二连接线520可以是USB数据线或者其他数据总线。所述第二连接线520用于所述计算机420与所述单片机410之间的通信。所述计算机420可以编写与所述波长计300配套的控制程序。所述计算机420通过所述控制程序，通过所述单片机410控制所述光开关装置200的导通状态，实现所述光开关装置200的某一所述多个光输入口220选通或者所述多个光输入口220循环选通。所述计算机420可以通过所述控制程序选择所述光输入口220导通的时间，实现所述波长计300对所述激光发射器100发射的所述多个光信号的波长进行测量。

在一个实施例中，所述单片机410与所述激光发射器100连接。所述单片机410用于调整所述激光发射器100频率。

所述单片机410通过第四连接线540与所述激光发射器100连接。所述第四连接线540可以为电缆。所述计算机420根据所述波长计300的波长测量值输出所述调整信号传输至所述单片机410。所述单片机410可以通过所述电缆将所述调整信号传输至所述激光发射器100，所述激光发射器100接收所述调整信号对所述激光发射器100发射出的所述多个光信号的频率进行调整。

在一个实施例中，所述计算机420与所述波长计300连接。所述计算机420用于校准所述波长计300。

所述计算机420通过第三连接线530与所述波长计300连接。所述第三连接线530可以是USB数据线或者其他数据总线。所述第三连接线530用于所述计算机420与所述波长计300之间的通信。所述波长计300通过所述第三连接线530，将对所述激光发射器100发射出的所述多个光信号的波长测量结果传输至所述计算机420。所述计算机420根据通过所述第三连接线530传输的所述测量结果对所述波长计300进行校准。

在一个实施例中，每个所述光输入口220设置有第一耦合器610。所述激光发射器100通过所述第一耦合器610与所述光开关装置200连接。

所述第一耦合器610分别与所述光输入口220、激光发射器输出口230连接。所述第一耦合器610通过所述光输入口220与所述光开关装置200连接，所述第一耦合器610通过所述激光发射器输出口230与所述激光发射器100连接，完成所述光信号由所述激光发射器100至所述光开关装置200的信号传输。所述激光发射器输出口230可以为光纤。所述激光发射器输出口230的光纤接头可以为有角度的FC/APC类型的接头。

在一个实施例中，所述光输出口210设置有第二耦合器620。所述波长计300通过所述第二耦合器620与所述光开关装置200连接。

所述第二耦合器620分别与所述光输出口210、波长计输入口240连接。所述第二耦合器620通过所述光输出口210与所述光开关装置200连接，所述第二耦合器620通过所述波长计输入口240与所述波长计300连接，完成所述光信号由所述光开关装置200至所述波长计300的信号传输。因此，在本申请中所述激光发射器100发射出的多个所述光信号的传输路径为由所述激光发射器100传输至所述光开关装置200，再传输至所述波长计300。所述波长计300可以为HighFinesse波长计。所述波长计输入口240可以为宽谱单模光纤。所述波长计输入口240的光纤接头可以为非有角度的FC/PC类型的接头。

请一并参见图3，本申请实施例还提供一种波长测量的方法，采用上述波长测量装置10。所述激光发射器100包括第一激光器110。所述方法包括选择所述第一激光器110输出的第一激光，控制所述光开关装置200切换与所述第一激光对应的所述光输入口220导通。

所述激光发射器100包括第一激光器110。所述第一激光器110可以为369nm外腔半导体激光器、935nm DFB激光器等。所述多个光输入口220分别与多个所述第一激光器110连接，控制所述光开关装置200切换与所述第一激光对应的所述光输入口220导通，实现所述光开关装置200的某一所述光输入口220选通或者多个所述光输入口220循环选通。所述波长计300依次测量多个所述第一激光器110输出的所述第一激光的波长。按照上述方法的步骤，连接好上述装置后，即可以对多个所述第一激光器110输出的多个所述第一激光进行波长测量。在波长测量的过程中无需手动拆装波长计输入端，提高科研过程中的效率。在对多个所述第一激光进行波长测量的过程中，所述第一激光由所述第一激光器110发出进入所述光开关装置200的所述光输入口220，再由所述光开关装置200的所述光输出口210传输至所述波长计300，减少了激光在空气中非固定光路传播的机会。

在一个实施例中，所述波长测量装置10还包括控制装置400。所述控制装置400分别与所述光开关装置200、所述激光发射器100和所述波长计300连接。所述方法包括所述控制装置400将所述波长计300测量的所述第一激光的第一波长值与第一标准值比较。若第一比较结果在第一预设范围外，则调整所述第一激光器110输出的所述第一激光的波长。

所述波长计300依次测量多个所述第一激光器110输出的多个所述第一激光的所述第一波长值。根据实际中实验的需要设置所述第一标准值和所述第一预设范围。所述控制装置400将所述波长计300测量的所述第一激光的所述第一波长值与第一标准值进行比较。若所述第一比较结果在所述第一预设范围外，所述控制装置400根据所述比较结果通过第四连接线540输出所述调整信号。所述第一激光器110接收所述调整信号，调整所述第一激光器110输出的所述第一激光的所述第一波长值，使所述第一激光器110输出的所述第一激光的所述第一波长值稳定在所述第一标准值的所述第一预设范围内。

镱离子²S_1/2-²P_1/2能级及²D_3/2-³D[3/2]_1/2能级对应的跃迁波长分别为369.5nm和935.18nm，其中²D_3/2是²P_1/2自发辐射产生的亚稳态能级，³D[3/2]_1/2为亚稳态的高能级，会衰退回²S_1/2能级。在实验过程中，需要所述第一激光器110产生的所述第一激光为稳定的369nm和935nm激光。因此，在此实验中，所述第一波长标准值为369nm和935nm。所述控制装置400包括单片机410和计算机420。所述计算机420可以编写与所述单片机420、所述第一激光器110配套的程序。所述计算机420可以通过所述程序比较所述第一波长标准值369nm、935nm和所述波长计300测得的所述第一激光的所述第一波长的真实值。若所述第一比较结果在所述第一预设范围外，所述计算机420通过所述程序计算出调整量。所述计算机420利用PID算法通过所述单片机410将所述调整量传输至所述第一激光器110。所述调整量通过第四连接线540传输至所述第一激光器110。所述计算机420通过所述单片机410交替锁定多个所述第一激光器110，最终实现多路所述第一激光器110发射出的第一激光的所述第一波长值稳定在所述第一标准值的所述第一预设范围内。请一并参见图4，在一个实施例中，所述激光发射器100还包括第二激光器120。所述方法包括选择所述第二激光器120输出的第二激光，所述第二激光器120的稳定性高于所述第一激光器110的稳定性。所述控制装置400将所述波长计300测量的所述第二激光的第二波长值与第二标准值比较，若第二比较结果在第二预设范围外，则校准所述波长计300。

所述第二激光器120的稳定性高于所述第一激光器110的稳定性。所述第二激光器120可以为碘分子谱稳频的633nm DFB半导体激光器。所述第二激光器120具有极高的稳定度，稳定性远高于所述波长计300。所述光开关装置200的所述多路光输入口220按需与多路所述第一激光器110、所述第二激光器120连接。所述波长计300测量所述第二激光器120输出的所述第二激光的所述第二波长值。根据实验需要设置所述第二标准值和所述第二预设范围，所述控制装置400控制所述光开关装置200与所述第二激光器120连接的所述光输入口220导通，所述控制装置400将所述波长计300测量的所述第二激光的所述第二波长值与第二标准值比较。若所述第二比较结果在所述第二预设范围外，所述控制装置400根据所述第二比较结果，校正所述波长计300。

所述控制装置400控制所述光开关装置200与所述第一激光器110、所述第二激光器120连接的所述光输入口220导通状态。实验过程中无需拆装所述波长计300，提高科研效率，降低了激光在空气中非固定光路传播的机会。在对所述第一激光器110的所述第一波长的所述第一波长值的测量期间，通过所述控制装置400切换所述光开关装置200的所述多个光输入口220导通状态，完成对所述波长计300的校正，大大提高实验效率，简化校正过程，同时实现波长测量和波长计校正的功能。

所述控制装置400包括单片机410和计算机420。所述计算机420通过第三连接线530与所述波长计300连接。所述计算机420通过所述单片机410控制所述光开关装置200与所述第二激光器120连接的所述光输入口220导通。所述波长计300通过所述第三连接线530，将对所述激光发射器100发射出的所述多个光信号的波长测量结果传输至所述计算机420。所述计算机420根据通过所述第三连接线530传输的所述测量结果对所述波长计300进行校准。在所述校准的过程中，无需拆装所述波长计300，提高科研效率，降低激光在空气中非固定光路传播的机会。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为本专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种波长测量装置，其特征在于，包括：

激光发射器(100)；

光开关装置(200)，包括光输出口(210)和多个光输入口(220)，所述激光发射器(100)与所述多个光输入口(220)连接，所述光开关装置(200)用于切换所述多个光输入口(220)的导通状态；以及

波长计(300)，与所述光输出口(210)连接。

2.如权利要求1所述的波长测量装置，其特征在于，包括：

控制装置(400)，与所述光开关装置(200)连接，用于通过所述光开关装置(200)切换所述多个光输入口(220)的导通状态。

3.如权利要求2所述的波长测量装置，其特征在于，所述控制装置包括:

单片机(410)，所述单片机(410)与所述光开关装置(200)连接；

计算机(420)，与所述单片机(410)连接，所述计算机(420)通过所述单片机(410)控制所述光开关装置(200)切换所述多个光输入口(210)的导通状态。

4.如权利要求3所述的波长测量装置，其特征在于，所述单片机(410)与所述激光发射器(100)连接，用于调整所述激光发射器(100)频率。

5.如权利要求3所述的波长测量装置，其特征在于，所述计算机(420)与所述波长计(300)连接，用于校准所述波长计(300)。

6.如权利要求1所述的波长测量装置，其特征在于，每个所述光输入口(220)设置有第一耦合器(610)，所述激光发射器(100)通过所述第一耦合器(610)与所述光开关装置(200)连接。

7.如权利要求1所述的波长测量装置，其特征在于，所述光输出口(210)设置有第二耦合器(620)，所述波长计(300)通过所述第二耦合器(620)与所述光开关装置(200)连接。

8.一种波长测量的方法，采用权利要求1所述的波长测量装置，其特征在于，所述激光发射器(100)包括第一激光器(110)，所述方法包括：

S10,选择所述第一激光器(110)输出的第一激光；

S20,控制所述光开关装置(200)切换与所述第一激光对应的所述光输入口(220)导通。

9.如权利要求8所述的波长测量的方法，其特征在于，所述波长测量装置还包括控制装置(400)，所述控制装置(400)分别与所述光开关装置(200)、所述激光发射器(100)和所述波长计(300)连接，所述方法包括：

S30,所述控制装置(400)将所述波长计(300)测量的所述第一激光的第一波长值与第一标准值比较，若第一比较结果在第一预设范围外，则调整所述第一激光器(110)输出的所述第一激光的波长。

10.如权利要求8所述的波长测量的方法，其特征在于，所述激光发射器(100)还包括第二激光器(120)，包括：

S11，选择所述第二激光器(120)输出的第二激光，所述第二激光器的稳定性高于所述第一激光器的稳定性；

S12，所述控制装置(400)将所述波长计(300)测量的所述第二激光的第二波长值与第二标准值比较，若第二比较结果在第二预设范围外，则校准所述波长计(300)。