基于马赫－曾德尔干涉仪滤波原理的单模红外光波长计

摘要

本发明一种基于马赫－曾德尔干涉仪滤波原理的单模红外光波长计，其特征在于，其中包括：一光纤耦合器；一马赫－曾德尔调制器，该马赫－曾德尔调制器的输入端与光纤耦合器的输出端采用光纤连接，该马赫－曾德尔调制器构成一光滤波器；第一光纤耦合器和第二光纤耦合器，该第一光纤耦合器和第二光纤耦合器之间用光纤连接，该第一光纤耦合器的输入端与光纤耦合器的输出端用光纤连接，该第一光纤耦合器和第二光纤耦合器构成一光滤波器；其中该马赫－曾德尔调制器、光纤耦合器和光纤耦合器之后分别通过光纤连接一光电二极管。

说明书

技术领域

本发明属于光通信技术领域，更具体说是一种基于马赫-曾德尔干涉仪滤波原理的单模红外光波长计。

背景技术

本波长计具有结构简单，成本低，测量时间短，无机械损耗，易于集成等优点。对于一个两干涉臂长差为Δl分光比为1∶1的马赫-曾德尔干涉仪，其输出光强和输入光强的比值与臂长差和光频率f有一个固定的函数关系($T=\frac{1}{2}(1+\cos \frac{2\mathrm{\pi n\Delta l}}{c}f)$)。对于某一红外波段的激光，我们选择合适的臂长差就能得到传输光比值与入射波长的一个单调函数关系，从而通过测量光的输出输入强度比值来确定输入光的波长。比如我们采用臂长差约为12微米的马赫-曾德尔干涉仪就能覆盖整个C+L波段(1525～1625nm)。另外一方面，采用较长的臂长差，虽然测量波长范围变小了，但能获得更精确的波长值。

发明内容

本发明的目的在于设计一种基于马赫-曾德尔干涉仪滤波原理的单模红外光波长计。相对于传统的光谱仪该波长计只能测量测量单模激光器的输出波长，但具有结构简单，易于集成，体积小，测量反应时间短，无机械磨损，生产成本低等优点。可以应用于各种(红外波段)波长探测系统中。

本发明一种基于马赫-曾德尔干涉仪滤波原理的单模红外光波长计，其特征在于，其中包括：

一光纤耦合器；

一马赫-曾德尔调制器，该马赫-曾德尔调制器的输入端与光纤耦合器的输出端采用光纤连接，该马赫-曾德尔调制器构成一光滤波器；

第一光纤耦合器和第二光纤耦合器，该第一光纤耦合器和第二光纤耦合器之间用光纤连接，该第一光纤耦合器的输入端与光纤耦合器的输出端用光纤连接，该第一光纤耦合器和第二光纤耦合器构成一光滤波器；

其中该马赫-曾德尔调制器、光纤耦合器和光纤耦合器之后分别通过光纤连接一光电二极管。

其中马赫-曾德尔调制器的臂长差为Δl₁，其能保证在整个测量波长范围内，输出光强随波长变化为单调函数，其中l为长度。

其中该第一光纤耦合器和第二光纤耦合器构成的光滤波器比马赫-曾德尔调制器构成的光滤波器的臂长差大十倍以上，所述的光滤波器并联的数量是依测量精度而定。

其中该光纤耦合器1、马赫-曾德尔调制器、光纤耦合器、光纤耦合器以及连接的光纤是偏振保持器件。

本发明的有益效果是：采用马赫-曾德尔干涉仪结构作为滤波器，相比于F-P标准具中的F-P腔滤波器，结构更简单易于制作。并且由于消光比取决于两臂长差，随温度变化臂长差基本保持不变(两臂波导都采用相同材料制作)，因而不会带来大的附加误差。此设计的另一大优点是通过并联更多的马赫-曾德尔干涉仪结构的光滤波器能获得更高的波长测量精度。因此我们可以将两者结合起来，将入射光分成几路分别送到不同臂长差的马赫-曾德尔干涉仪结构的光滤波器中，从而得到光波长的准确值。可以将不同臂长的马赫-曾德尔干涉仪结构的光滤波器制作在同一个光波导器件中。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明，其中：

图1是一种基于马赫-曾德尔干涉仪滤波原理的单模红外光波长计的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明一种基于马赫-曾德尔干涉仪滤波原理的单模红外光波长计，其中包括：

一光纤耦合器1；

一马赫-曾德尔调制器2，该马赫-曾德尔调制器2的输入端与光纤耦合器1的输出端采用光纤连接，该马赫-曾德尔调制器2构成一光滤波器；其中马赫-曾德尔调制器2的臂长差为Δl₁，其能保证在整个测量波长范围内，输出光强随波长变化为单调函数，其中l为长度；

第一光纤耦合器3和第二光纤耦合器4，该第一光纤耦合器3和第二光纤耦合器4之间用光纤连接，该第一光纤耦合器3的输入端与光纤耦合器1的输出端用光纤连接，该第一光纤耦合器3和第二光纤耦合器4构成一光滤波器；

其中该马赫-曾德尔调制器2、光纤耦合器4和光纤耦合器1之后分别通过光纤连接一光电二极管5、6、7。

其中该第一光纤耦合器3和第二光纤耦合器4构成的光滤波器比马赫-曾德尔调制器2构成的光滤波器的臂长差大十倍以上，所述的光滤波器并联的数量是依测量精度而定。

其中该光纤耦合器1、马赫-曾德尔调制器2、光纤耦合器3、光纤耦合器4以及连接的光纤是偏振保持器件。

请再参阅图1所示，待测单模激光通过光纤耦合器1均分成3份，其中第一路通过一个臂长差Δl₁大约为12微米的马赫-曾德尔调制器2构成的马赫-曾德尔干涉仪，从干涉仪输出的光通过保偏单模光纤输入到光电二极管7，光电流通过采样电阻转换成的电压值可以用带A D转换的单片机芯片读取。因为光电流正比于光强，而电压又正比于光电流，所以读取电压值U₁就相当于得到了光强大小p₁。从光耦合器输出的第二路光通过由光纤耦合器3和光纤耦合器4构成的马赫-曾德尔干涉仪，臂长差Δl₂比Δl₁大一个或两个数量级，以便测量到更精确的波长值。从光纤耦合器4输出的光通过保偏单模光纤输入到光电二极管6，采用与第一路同样的方法读取光强值p₂(对应电压U₂)。必须强调一点的是光纤耦合器3和光纤耦合器4必须采用保偏光纤耦合器。从光纤耦合器输出的第三路光直接通过单模光纤输入光电二极管5然后读取光强值p₀(对应电压U₀)。光路和电路8设计完毕，接下来就是定标。采用一个能覆盖C+L波段的可调谐光源，其输出光通过光耦合器分两路，一路输入到如图1所示设计的光波长计，另外一路输入到的光谱仪。从光谱仪上测量的每一个输出光波长值对应唯一一组该波长计测量出的(U₁/U₀；U₂/U₀)值，通过定标我们就得到了光输出波长。

采用多个臂长差不等的马赫-曾德尔干涉仪结构的光滤波器并联，有利于提高测量精度；

使用带AD采样的MCU设计的电路8实现光信号的采样，读取、计算、显示功能。