【《光栅光谱分析仪的校准研究》4000字（论文）】

光栅光谱分析仪的校准研究[摘要]：本文采用了三种方法对a基于光栅的光谱分析仪(OSA)。第一个该方法用于在全光谱范围内校准OSA通过使用一组特征明确的激光源。这些激光器,谁的波长覆盖OSA范围，特征很好使用高精度波长计一些激光器的准确性和稳定性被发现足以校准OSA出需要有一个在线测量波长计。第二种方法利用了相位匹配的优点非线性晶体产生频率倍增光用精确到一半的波长来测量波长尺度精确度、分辨率和线性度。第三种方法是a氰化氢(H13C14N)气体电池(HCN)被用作波长参考校准OSA的波长1533-1557nm范围。[关键词]：光谱分析仪;氰化氢;波长参考介绍光纤光通信仍在迅速发展不断引进更新的技术以增加通信带宽。最广泛使用的新技术是密集波分复用技术(DWDM)[1]。DWDM对波长的测量精度和稳定性有严格的要求激光通信。之所以需要这个规范是因为满足精确的信道分配和检测要求。向上到80种不同的激光波长(光通道内)波长范围为1520-1570nm)可用于密集波分复用。这增加了通信带宽约1gb/s~100gb/s，支持高速数据传输传播。光谱分析仪(OSA)广泛应用于测量激光的绝对波长和光谱纯度DWDM中使用的源。阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的校正是保证激光特性精确测量的必要条件特性。激光光源的特性不仅重要适用于密集波分复用系统，也适用于其他通信应用程序。例如，激光光谱纯度决定光通信系统中的色散也就是带宽。因此，在全波长范围内calibrateOSAs是很重要的。虽然有已经有标准方法描述的主要原理本文介绍了一种新的基于频率比的OSA校准技术[2]频率的基次谐波和二次谐波双激光校准阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的波长范围。此外，本文还对不同的情况进行了比较校准过程中的技术和实际注意事项。在本工作中，将使用三种方法来校准感兴趣的关键参数有:1中心波长精度位于OSA范围的不同波长。这些使用精确的波长计和光学元件可以很好地描述激光器的特性结果说明。这个波长计以前被校准为在参考文献[3]中描述。在第二种方法中，funda精神以及频率倍增光产生的一种采用了分别为1556nm和778nm的非线性晶体校准OSA波长尺度的精度、分辨率和线性。第三种方法是氰化氢(H13C14N)气体电池-(HCN)被用作波长标准在1533-1557nm波长范围内校准OSA。基于光栅的光谱分析仪基于光栅的OSA的主要模块是单色的mator[4]。图1显示了a单色仪。该单色仪具有一个平面dif分数光栅和两个凹面镜。这一事件来自光纤的光由colli配对镜平行，并在衍射光栅上衍射。然后这些光反射到聚焦镜上并在狭缝平面上分散形成光谱。只有光用预定的波长将会聚焦在狭缝上并能穿过它。单色仪的分辨率带宽(RBW)由下式给出。其中，(d)为光栅螺距，(m)为衍射而(θ)是出射光束之间的夹角以及与反射平面的法线。很明显由公式可知，对焦镜的焦距f越长，分辨率越高ed狭缝较窄的宽度(ε)。图1单色仪配置，M1:准直镜，M2对焦镜，D:光电探测器图2使用accurate进行光谱分析仪(OSA)校准设置波长计实验系统配置本文将采用三种方法对OSA的波长进行校准。在第一种和第二种方法中，用accu速率波长计和校准中的OSA同时测量激光波长，如图2所示。波长计是Burleigh1500,OSA是日本横河AQ6370C。这些激光器来自不同的供应商比如Thorlabs和EM4。倍频晶体为(HCPhotonics,SC1302180031，长度40mm)。在第三种方法中，参比氰化氢采用(H13C14N)气池，见图3。细胞是从Traidtechnology购买指定气体压力:23℃100torr±5%，HCN纯度为波长精度±0.0003nm(1sigma)。H13C14N气体在波长范围1528-1563nm的吸收线。为了探究这些吸收线是一种掺铒光纤放大器(EDFA)(PritelSA-30)被用作宽带源。EDFA在波长上发出宽广的光谱范围(1533-1557nm)，功率>−30dBm/nm。结果与讨论第一种使用激光光源的校准方法图3采用H13CN的光谱分析仪(OSA)校准装置参考气体细胞用于OSA校准的激光器必须有测量时的稳定性远优于OSA分辨率。此外，如果不使用波长计，它们的准确度必须比OSA高得多。因此，该波长计最初用于分析这12条激光线的精度和可靠性波长范围612-1556nm。下面的表(表1)总结了结果。表1激光表征与波长计N测量波长(nm)精度稳定激光类型条件激光器的温度（℃）注入电流(mA)1611.9705<±0.0002<8×10⋀−7氦氖激光__2632.9914<±0.0002<6×10⋀−7氦氖激光__3652.7707±0.050<2×10⋀−6FP25.4338.84663.1537±0.070<2×10⋀−6外腔式激光20.9(压电陶瓷=0v)5668.1632±0.070<2×10⋀−6可调谐激光器6673.1359±0.070<2×10⋀−6外腔半导体激光7678.1191±0.070<2×10⋀−68779.0288<±0.0002<4×10⋀−7DFB22.431259860.2332±0.0014<3×10⋀−7FP22.8741.810964.6923±0.003<2×10⋀−6FP22.744.1111312.5527±0.006<5×10⋀−7FP22.497121556.0308±0.004<8×10⋀−8DFB33.10080FP法布里-珀罗二极管激光器，DFB分布反馈二极管激光器第二列(测量波长)描述几次测量的平均波长通过打开和关闭激光器，让他们在进行测量之前要进行热稳定。第三列(精度)描述最大值测量过程中激光波长的变化。第四列(稳定性)描述稳定性单次测量期间的激光(不切换)激光开关)。从以上结果可以得出激光1、2、8、9、11和12可以用来校准一个OSA不需要有一个同步的手段测量波长计。这背后的原因是它们的波长精度似乎要好得多阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的准确性。由于激光器稳定期间校准精度、稳定性应优于OSA对每台激光器都进行了测量。作为一个例如，用波长计进行的测量600秒的779nmDFB激光器。时间数据和艾伦偏移(ADEV)如图4所示。所有的激光它们都是可以应用的校准。许多其他的预先特征和高度稳定激光可以不需要波长计(5、6)。图4a波长波动对于DFB激光器(在779nm)和b相应的ADEV

然后，使用图2所述的系统，上述激光器用于calibrateOSA。结果见表2:

表2阻塞性睡眠呼吸暂停综合症校准与不同激光源波长计(λ1)阻塞性睡眠呼吸暂停综合症(λ2)dλ611.9709611.987−0.0161632.9915633.026−0.0345652.7665652.779−0.0125663.1443663.164−0.0197668.1161668.132−0.0159673.0702673.09−0.0198678.0229678.039−0.0161860.2345860.235−0.0005964.698964.6940.0040969.3037969.2980.00571312.57651312.589−0.01251556.03061556.030.0006几乎所有的测量值都在下午20点OSA决议。但是，误差相对较大在633nm波长下，比在1556nm波长下要大归因于OSA内部的自我校正过程使用接近1550nm的参考吸收线的气体电池。此外，两者之间没有明显的线性关系误差和波长，见图5。图5校准下的OSA对激光波长的误差采用倍频的二次校准方法也可以测试精度、分辨率和线性度利用非线性晶体倍频技术对OSA进行了研究。的光纤激光器的线宽为1khz，波长为，长度为1556nmPPLN晶体。产生的二次谐波谱线恰好是光纤基波的一半激光，也就是778纳米，但是线宽的两倍。交流的精度是通过安装在系统中的光纤激光器来测量的如图2所示。线性度的测试是通过测量第二谐波的波长在778nm也使用系统如图2所示。分辨率的测试是通过测量基次谐波和二次谐波的线宽光纤激光器的波长。OSA的分辨率为，在0.02nm的最低可能值，并采取措施ment。对实测数据进行高斯拟合，参见图7。如前所述，对OSA准确性进行测试部分。利用这个事实来测试OSA的线性度1556纳米恰好是778纳米的两倍。通过OSA测得的波长为778nm应该是准确的测量波长的一半为1556nm;然而，两个测量值之间的差值为16.5pm(δλ=λSHG-λF/2=778.082-778.0985nm=16.5pm)这不同之处在于OSA的解决方案，因此，可以被忽视。测量了光纤激光器的线宽使用阻塞性睡眠呼吸暂停的时间是下午14点，这表明阻塞性睡眠呼吸暂停的清晰度已经接近1556海里。测量的二次谐波线宽当二次谐波激光器(778nm)为41点。的倍宽下午14时(28时);然而，检测线宽的增加从28到41pm是由波长依赖性决定的就该决议案作出的回应。为了证实分辨率对波长的依赖，用very进行了附加线宽测量窄线宽红色He-Ne激光器(kHz范围)在633nm。一个高斯拟合在测量曲线上显示一个线宽下午55点，见图8。第三种使用氰化氢的校准方法(H13C14N)气体细胞氰化氢(H13C14N)气体电池提供准确的校正c波段OSAs的波长参考。对氰化氢H13C14N的2ν3旋转振动带54条线的中心波长进行了测定，其不确定度范围为0.04~0.24pm。因此，它通常作为首选的校准ingOSAs特别是由于简单的光学设置和它需要价格总是相对较低。通过使用设置图3，附加的OSA校准参考enceH13C14N气体电池。这种气体的吸收峰如图9所示。图6所测OSA误差每晚上10点使用光纤激光器ab步每下午1步图9中的吸收线称为R、P支标签从R0开始，P1在中心，可以是扩展到R26,P27[7]。然而，由于EDFA带宽的限制，导致测量是在较小的范围内进行的。的吸收线中心列在表3中。参考线由参考文献n推导出零压中心，并在同一个表中写出10。对于100托(13.3kPa)的压力，a修正适用于压力变化，如所示相同的参考。这个校正小于0.3pm，因此对OSA校准不显著。图7OSA测量结果分辨率和线性使用a窄线宽光纤激光器(a)和二次谐波(b)如表3所示，最大偏差OSA检测到的HCN线的百分比从未超过±6pm。因此，精度和线性度OSA测量波长范围为1533到1555nm报告为±6pm。这个结果是在OSA决议内(下午20点)和良好用不同的方法与之前的精度结果相匹配A部分的激光，大约是下午1点1556海里。

图8用He-Ne633nm激光测量线宽结论本文采用三种方法对a进行标定基于光栅的光谱分析仪(OSA)。一组9种激光器(12种波长)的特征是稳定性和准确性条款将适用于阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的校准。精度和稳定性一些激光被发现足以校准OSA出需要有一个在线测量与a波长计。波长刻度的精度阻塞性睡眠呼吸暂停被发现是波长依赖性的，因为误差是35pm在632nm和小于1pm在1550海里。然而，在波长和误差之间并没有观察到线性关系。这是在1550nm附近的行为被非常稳定的光纤证实激光在1550纳米附近被微调并被测量同时采用波长计和OSA。错误的是在±2pm内。基波激光器用它的二次谐波来检测波长精度、分辨率和线性度。基次谐波和二次谐波之间的偏离16pm的成分被发现。决议可以是根据测量的线宽推导出的两种成分nents。在1550nm处为14pm，在1550nm处为41pm778海里。最后是氰化氢(H13C14N)气体使用cell-(HCN)作为波长参考calibrateOSA，波长范围为1533-1557nm。一个OSA测量HCN线的最大偏差从不超过±6pm。我们从上面得出结论在1550nm附近的测量精度将超过±6，分辨率始终小于15点。对于其他波长，其精度可确定为ter大于35pm，分辨率约为51pm。

参考文献1.《密集波分复用技术综述》网络。Int。j.科学。抛光工艺。研究报告1(11)，43(2012)2.IEC/EN/BS标准，光谱分析仪的校准。IEC/BSEN62129(2006)3.H.Hussein,M.A.Sobee,M.Amer，迈克尔逊型的校准激光波长计及其精度评价。Opt.laserEng.48，393-397(2010)4.Kojima.，T.Mori,T.Kaneko,T.Yamamoto,A.Horiguchi,G.。石原，高速测量技术AQ6370Coptical光谱分析仪。横河技术报告，55,1(2012)5.U.Sterr,T.Legero,T.Kessler,H.Schnatz,G.Grosche,O.Terra,