CN109253801B - 一种近红外偏振光谱测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种近红外偏振光谱测试装置及方法，具体涉及近红外波段的光通信领域。其解决了现有的通道调制技术无法满足高速光通信中激光光源、DWDM组合光源等窄带光信号的偏振光谱测试的不足。该近红外偏振光谱测试装置，包括沿光路方向依次放置的准直物镜、高速偏振调制组件、汇聚物镜和红外扫描单色仪，高速偏振调制组件和红外扫描单色仪连接控制和数据处理***，高速偏振调制组件包括沿光轴依次设置的第一液晶调制相位延迟片、第二液晶调制相位延迟片和近红外线偏振片，红外扫描单色仪包括沿光轴依次设置的入射狭缝、偏振分束镜、宽谱段四分之一波片、反射式准直物镜、平面全息光栅、旋转步进电机、反射式汇聚物镜、反射狭缝和单点探测器。

Description

一种近红外偏振光谱测试装置及方法

技术领域

本发明涉及近红外波段的光通信领域，具体涉及一种近红外偏振光谱测试装置及方法。

背景技术

在近红外波段的光通信领域，随着波分复用、偏振复用、正交频分复用技术的发展，光波调制技术越加复杂，每路信号对应的光波载体差异越加细分，从光谱频率差异发展为偏振光谱频率差异。这就对光波的偏振光谱测试提出了需求。现有的光谱分析仪、消光比测试仪、偏振仪等检测设备只能测试单维度的光波信息，测试数据只能反映光谱信息或者偏振态信息，无法有效测试更加精细的偏振光谱形态。

偏振光谱测试技术的发展，为近红外波段光通信测试提供了一种新的技术途径，但是采用传统的旋转偏振元件的调制方式，存在着测试时间长，控制***复杂，调制精度低等缺点，无法满足偏振光谱快速测试的需求。通道偏振调制技术采用Oka调制组件，可以实现宽谱段Stokes偏振光谱同步测试，成为偏振光谱调制的研究热点，广泛用于可见光、红外波段的偏振光谱测试。但是由于通道调制技术只能测试宽谱段Stokes偏振光谱信息，无法实现窄带宽偏振光谱信息测试，因此无法满足高速光通信中激光光源、DWDM组合光源等窄带光信号的偏振光谱测试。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足，提出了一种能够探测近红外波段的光谱信息和各个谱段的偏振信息的近红外偏振光谱测试装置及方法。

本发明具体采用如下技术方案：

一种近红外偏振光谱测试装置，包括沿光路方向依次放置的准直物镜、高速偏振调制组件、汇聚物镜和红外扫描单色仪，所述高速偏振调制组件和红外扫描单色仪连接控制和数据处理***，所述高速偏振调制组件包括沿光轴依次设置的第一液晶调制相位延迟片、第二液晶调制相位延迟片和近红外线偏振片，红外扫描单色仪包括沿光轴依次设置的入射狭缝、偏振分束镜、宽谱段四分之一波片、反射式准直物镜、平面全息光栅、旋转步进电机、反射式汇聚物镜、反射狭缝和单点探测器。

优选地，由光纤导入的待测光束首先经过准直物镜形成平行光束，经过第一液晶调制相位延迟片、第二液晶调制相位延迟片和近红外线偏振片后，被汇聚物镜汇聚后进入红外扫描单色仪中的入射狭缝，滤除杂散光，随后发散光束依次经过偏振分束镜、宽谱段四分之一波片、反射式准直物镜、平面全息光栅和反射式汇聚物镜，汇聚到反射狭缝上，被反射狭缝反射后，依次通过反射式汇聚物镜、平面全息光栅、反射式准直物镜、宽谱段四分之一波片和偏振分束镜，进入单点探测器。

优选地，所述第一液晶调制相位延迟片和第二液晶调制相位延迟片通过改变所施加的电压或者电流大小，实现在探测的近红外波段内相位从0～π的调节。

优选地，所述高速偏振调制组件中第一液晶调制相位延迟片的快轴方向与参考方向x夹角为0°，第二液晶调制相位延迟片的快轴方向与参考方向x夹角为45°，近红外线偏振片的通光轴方向与参考方向x夹角为0°。

一种近红外偏振光谱测试方法，采用如上所述的近红外偏振光谱测试装置，包括：

步骤一：由光纤导入的待测光束首先经过准直物镜形成平行光束，入射高速偏振调制组件；

步骤二：平行光束进入高速偏振调制组件后，依次经过第一液晶调制相位延迟片、第二液晶调制相位延迟片和近红外线偏振片；第一液晶调制相位延迟片、第二液晶调制相位延迟片在控制和数据处理***的作用下，其相位延迟量依次产生(0，0)、(0，π)、(0，π/2)和(π/2，π/2)；

步骤三：高速偏振调制组件出射光束经过汇聚物镜汇聚后进入红外扫描单色仪，经过入射狭缝、偏振分束镜、宽谱段四分之一波片、反射式准直物镜、平面全息光栅和反射式汇聚物镜，汇聚到反射狭缝上，被反射狭缝反射后，依次通过反射式汇聚物镜、平面全息光栅、反射式准直物镜、宽谱段四分之一波片和偏振分束镜，进入单点探测器，得到波长λ₀下四个偏振光强数值I₁(λ₀)，I₂(λ₀)，I₃(λ₀)和I₄(λ₀)，分别对应第一液晶调制相位延迟片、第二液晶调制相位延迟片的相位延迟量组合为(0，0)、(0，π)、(0，π/2)和(π/2，π/2)；

步骤四：控制和数据处理***控制红外扫描单色仪中的旋转步进电机，控制平面全息光栅精密步进旋转，单点探测器依次获取不同波长对应的四个偏振光强数值I₁(λ)，I₂(λ)，I₃(λ)和I₄(λ))，分别对应第一液晶调制相位延迟片、第二液晶调制相位延迟片的相位延迟量组合为(0，0)、(0，π)、(0，π/2)、(π/2，π/2)，由获取的四组偏振光强数值，依照式(1)计算出测试光束的偏振光谱信息S₀(λ)，S₁(λ)，S₂(λ)和S₃(λ)：

本发明就有如下有益效果：

该基于近红外偏振光谱测试装置的测试方法能够对光通信波段光谱偏振信息进行快速测试，能够实现快速偏振调制，可以在单波长条件下实现偏振信息高速探测；可以获取近红外宽谱段内完整的偏振光谱信息。

附图说明

图1为近红外偏振光谱测试装置的结构示意图。

其中：1为准直物镜，2为高速偏振调制组件，21为第一液晶调制相位延迟片、22为第二液晶调制相位延迟片，23为近红外线偏振片，3为汇聚物镜，4为红外扫描单色仪，41为入射狭缝，42为偏振分束镜，43为宽谱段四分之一波片，44为反射式准直物镜，45为平面全息光栅，46为旋转步进电机，47为反射式汇聚物镜，48为反射狭缝，49为单点探测器，5为控制和数据处理***。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：

如图1所示，一种近红外偏振光谱测试装置，包括沿光路方向依次放置的准直物镜1、高速偏振调制组件2、汇聚物镜3和红外扫描单色仪4，所述高速偏振调制组件2和红外扫描单色仪4连接控制和数据处理***5，所述高速偏振调制组件2包括沿光轴依次设置的第一液晶调制相位延迟片21、第二液晶调制相位延迟片22和近红外线偏振片23，红外扫描单色仪4包括沿光轴依次设置的入射狭缝41、偏振分束镜42、宽谱段四分之一波片43、反射式准直物镜44、平面全息光栅45、旋转步进电机46、反射式汇聚物镜47、反射狭缝48和单点探测器49。

由光纤导入的待测光束首先经过准直物镜1形成平行光束，经过第一液晶调制相位延迟片21、第二液晶调制相位延迟片22和近红外线偏振片23后，被汇聚物镜3汇聚后进入红外扫描单色仪4中的入射狭缝41，滤除杂散光，随后发散光束依次经过偏振分束镜42、宽谱段四分之一波片43、反射式准直物镜44、平面全息光栅45和反射式汇聚物镜47，汇聚到反射狭缝48上，被反射狭缝48反射后，依次通过反射式汇聚物镜47、平面全息光栅45、反射式准直物镜44、宽谱段四分之一波片43和偏振分束镜42，进入单点探测器49。

第一液晶调制相位延迟片21和第二液晶调制相位延迟片22通过改变所施加的电压或者电流大小，实现在探测的近红外波段内相位从0～π的调节。

高速偏振调制组件中第一液晶调制相位延迟片21的快轴方向与参考方向x夹角为0°，第二液晶调制相位延迟片21的快轴方向与参考方向x夹角为45°，近红外线偏振片23的快轴方向与参考方向x夹角为0°。

一种近红外偏振光谱测试方法，采用如上所述的近红外偏振光谱测试装置，包括：

步骤一：由光纤导入的探测光束首先经过准直物镜形成平行光束，入射高速偏振调制组件；

步骤二：平行光束进入高速偏振调制组件后，依次经过第一液晶调制相位延迟片、第二液晶调制相位延迟片和近红外线偏振片；第一液晶调制相位延迟片、第二液晶调制相位延迟片在控制和数据处理***的作用下，其相位延迟量依次产生(0，0)、(0，π)、(0，π/2)和(π/2，π/2)；

步骤三：高速偏振调制组件2出射光束经过汇聚物镜3汇聚后进入红外扫描单色仪，经过入射狭缝41、偏振分束镜42、宽谱段四分之一波片43、反射式准直物镜44、平面全息光栅44和反射式汇聚物镜45，汇聚到反射狭缝48上，被反射狭缝48反射后，依次通过反射式汇聚物镜47、平面全息光栅45、反射式准直物镜44、宽谱段四分之一波片43和偏振分束镜42，进入单点探测器，得到波长λ₀下四个偏振光强数值I₁(λ₀)，I₂(λ₀)，I₃(λ₀)和I₄(λ₀)，分别对应第一液晶调制相位延迟片、第二液晶调制相位延迟片的相位延迟量组合为(0，0)、(0，π)、(0，π/2)和(π/2，π/2)；

步骤四：控制和数据处理***5控制红外扫描单色仪中的旋转步进电机，控制平面全息光栅精密步进旋转，单点InGaAs探测器依次获取不同波长对应的四个偏振光强数值I₁(λ)，I₂(λ)，I₃(λ)和I₄(λ))，分别对应第一液晶调制相位延迟片、第二液晶调制相位延迟片的相位延迟量组合为(0，0)、(0，π)、(0，π/2)、(π/2，π/2)，由获取的四组偏振光强数值，依照式(1)计算出测试光束的Stokes偏振光谱信息S₀(λ)，S₁(λ)，S₂(λ)和S₃(λ)：

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种近红外偏振光谱测试装置，其特征在于，包括沿光路方向依次放置的准直物镜、高速偏振调制组件、汇聚物镜和红外扫描单色仪，所述高速偏振调制组件和红外扫描单色仪连接控制和数据处理***，所述高速偏振调制组件包括沿光轴依次设置的第一液晶调制相位延迟片、第二液晶调制相位延迟片和近红外线偏振片，红外扫描单色仪包括沿光轴依次设置的入射狭缝、偏振分束镜、宽谱段四分之一波片、反射式准直物镜、平面全息光栅、旋转步进电机、反射式汇聚物镜、反射狭缝和单点探测器；

由光纤导入的待测光束首先经过准直物镜形成平行光束，经过第一液晶调制相位延迟片、第二液晶调制相位延迟片和近红外线偏振片后，被汇聚物镜汇聚后进入红外扫描单色仪中的入射狭缝，滤除杂散光，随后发散光束依次经过偏振分束镜、宽谱段四分之一波片、反射式准直物镜、平面全息光栅和反射式汇聚物镜，汇聚到反射狭缝上，被反射狭缝反射后，依次通过反射式汇聚物镜、平面全息光栅、反射式准直物镜、宽谱段四分之一波片和偏振分束镜，进入单点探测器；

所述第一液晶调制相位延迟片和第二液晶调制相位延迟片通过改变所施加的电压或者电流大小，实现在探测的近红外波段内相位从0～π的调节；

所述高速偏振调制组件中第一液晶调制相位延迟片的快轴方向与参考方向x夹角为0°，第二液晶调制相位延迟片的快轴方向与参考方向x夹角为45°，近红外线偏振片的通光轴方向与参考方向x夹角为0°。

2.一种近红外偏振光谱测试方法，采用如权利要求1所述的近红外偏振光谱测试装置，其特征在于，包括：

步骤一：由光纤导入的待测光束首先经过准直物镜形成平行光束，入射高速偏振调制组件；

步骤二：平行光束进入高速偏振调制组件后，依次经过第一液晶调制相位延迟片、第二液晶调制相位延迟片和近红外线偏振片；第一液晶调制相位延迟片、第二液晶调制相位延迟片在控制和数据处理***的作用下，其相位延迟量依次产生(0，0)、(0，π)、(0，π/2)和(π/2，π/2)；

步骤三：高速偏振调制组件出射光束经过汇聚物镜汇聚后进入红外扫描单色仪，经过入射狭缝、偏振分束镜、宽谱段四分之一波片、反射式准直物镜、平面全息光栅和反射式汇聚物镜，汇聚到反射狭缝上，被反射狭缝反射后，依次通过反射式汇聚物镜、平面全息光栅、反射式准直物镜、宽谱段四分之一波片和偏振分束镜，进入单点探测器，得到波长λ₀下四个偏振光强数值I₁(λ₀)，I₂(λ₀)，I₃(λ₀)和I₄(λ₀)，分别对应第一液晶调制相位延迟片、第二液晶调制相位延迟片的相位延迟量组合为(0，0)、(0，π)、(0，π/2)和(π/2，π/2)；

步骤四：控制和数据处理***控制红外扫描单色仪中的旋转步进电机，控制平面全息光栅精密步进旋转，单点探测器依次获取不同波长对应的四个偏振光强数值I₁(λ)，I₂(λ)，I₃(λ)和I₄(λ))，分别对应第一液晶调制相位延迟片、第二液晶调制相位延迟片的相位延迟量组合为(0，0)、(0，π)、(0，π/2)、(π/2，π/2)，由获取的四组偏振光强数值，依照式(1)计算出测试光束的偏振光谱信息S₀(λ)，S₁(λ)，S₂(λ)和S₃(λ)：

Images