特性

• 基于邁克爾遜干涉儀的OSA
• 波長范圍：1000 - 2500納米
• 分辨率：在1550納米光波下為60皮米
• 附帶預(yù)裝軟件的臺式計算機

Thorlabs公司的光譜分析儀（OSA）是測量光源光功率與波長函數(shù)關(guān)系的通用儀器。該儀器功能豐富,，應(yīng)用廣泛,，可用來分析寬帶光譜信號、增益芯片的F-P腔模數(shù)或長相干長度的單模外腔式激光器,。

一般的OSA基本上都是基于光柵的單色儀,。而Thorlabs公司的OSA是一種傅里葉變換光譜分析儀（FT-OSA）,，它在一個推/拉結(jié)構(gòu)中采用了一個掃描邁克爾遜干涉儀,，如下圖所示。該方法使這種全功能OSA還可以作為一個高精度的波長計,。

設(shè)計原理

OSA203具有一個FC/PC型光纖輸入端口,，可以使用**直徑為Ø50微米的單模和階躍折射率光纖,。如有需要,，我們也可以提供帶其它接口的特殊設(shè)計OSA。該儀器設(shè)計可以測量連續(xù)波光源,，但也可以用于一些采用脈沖光源的應(yīng)用之中,。在輸入信號被準(zhǔn)直后，信號光被一個分束器分為兩路分立的信號,。這兩路光的光程差介于0到±40毫米之間,。然后這兩路準(zhǔn)直的光信號在到達(dá)分束器后發(fā)生干涉。

右圖所示的探測器部件記錄干涉圖樣,，通常稱之為干涉圖,。該干涉圖是輸入光光譜的自相關(guān)波形。通過對該波形進(jìn)行傅里葉變換,，就可以恢復(fù)出光信號的光譜信息,。*后得到的光譜信息具有高分辨率和很款到波長覆蓋范圍，并且光譜分辨率與光延遲范圍相關(guān),。光譜的波長范圍由探測器和光學(xué)鍍膜的帶寬所限制,。此外,，我們系統(tǒng)的精度通過附帶的穩(wěn)頻HeNe參考激光器保證,，該激光器可以精確地測量光路長度的細(xì)微變化,，使系統(tǒng)可以連續(xù)地進(jìn)行自主標(biāo)定。該過程為精確的光學(xué)分析提供了保證,，這是基于光柵的OSA所不能實現(xiàn)的。

^a 我們也提供其它探測器,。

^b 可以在0-9之間進(jìn)行設(shè)置,，并帶有自動選項可以估算相關(guān)的小數(shù)位。

^c需要經(jīng)過30分鐘的預(yù)熱,。帶有FC/PC接頭的單模光纖。

^d 光譜精度是指重復(fù)性,，通過重復(fù)性可以用峰值搜索工具測量光譜特性,。

^e 采用相同的輸入單模光纖進(jìn)行所有測量,。

^f在**功率模式中的位準(zhǔn)確精度,，填零= 2,， 變跡= Hann。

^g 對于1000 - 2000納米光波下的OSA 203,。

^h 在用**分辨率,、**靈敏度和填零=0時的可探測能量/光譜數(shù)據(jù)點。

干涉圖數(shù)據(jù)采集

干涉圖數(shù)據(jù)處理

儀器產(chǎn)生的干涉圖從50萬到1600萬個數(shù)據(jù)點不等，這取決于所采用的分辨率和靈敏度模式設(shè)置。FT-OSA軟件可以分析輸入數(shù)據(jù)和從內(nèi)部數(shù)據(jù)庫智能選擇優(yōu)化FFT算法,。

通過采用異步多線程的方法，經(jīng)過多個用來產(chǎn)生光譜信息的處理階段來采集和處理干涉圖數(shù)據(jù),，可以實現(xiàn)額外的軟件性能,。

軟件的多線程構(gòu)架可以通過靈活適應(yīng)計算機性能來平行管理多個操作任務(wù)，這樣就保證了處理器**的帶寬使用,。我們的每個FT-OSA儀器都附帶一臺臺式計算機,，該計算機經(jīng)過進(jìn)行挑選,，能夠保證**的數(shù)據(jù)處理和用戶界面操作,。

波長計模式

W當(dāng)分析窄帶光信號時,，F(xiàn)T-OSA會自動計算輸入信號的中心波長,，并顯示在當(dāng)前整體光譜的主顯示區(qū)下方的窗口中,。中心波長λ是通過計算從輸入和參考激光得到的干涉條紋數(shù)來計算得到的,，具體如下式：

其中,，m₀ 為HeNe參考激光的條紋數(shù)，m為位置輸入信號的條紋數(shù),，n₀ 為參考激光波長下的空氣折射率,，n_λ 為波長λ下的空氣折射率，而λ₀ 則為HeNe參考激光的真空波長,。

FT-OSA作為波長計時的分辨率基本上比系統(tǒng)作為寬帶分光儀時要高,，這是因為該系統(tǒng)可以根據(jù)鎖相回路倍增器設(shè)定的極限來分辨條紋的邊緣,。在實際應(yīng)用中，系統(tǒng)的分辨率由未知輸入信號的帶寬和結(jié)構(gòu),、探測器的噪聲、參考激光器的漂移,、干涉儀準(zhǔn)直和其它系統(tǒng)錯誤所限制,。經(jīng)過測試該系統(tǒng)在近紅外波段可以實現(xiàn)低于±0.2皮米的測量精度（請參考規(guī)格標(biāo)簽了解詳細(xì)規(guī)格）。

其軟件可以評估未知輸入光的光譜,，從而確定合適的顯示分辨率,。如果數(shù)據(jù)不可信，如多峰值光譜,，該軟件會關(guān)閉波長計模式，從而防止錯誤結(jié)果的產(chǎn)生

波長校準(zhǔn)和精度

這些FT-OSA儀器結(jié)合了真空波長為632.9913納米的穩(wěn)定HeNe參考激光器,。采用穩(wěn)定HeNe激光器保證了長期波長精度,，這是因為穩(wěn)定HeNe激光器的動態(tài)是已知的并可以對其有效地進(jìn)行控制,。

這些儀器在出廠前經(jīng)過對準(zhǔn),，從而使參考光束和未知輸入光束在干涉儀進(jìn)行掃描時經(jīng)歷相同的光程長度變化。任何殘余對準(zhǔn)誤差對波長測量的影響都小于0.5皮米,；輸入光束的瞄準(zhǔn)精度是由高精度陶瓷插座和魯棒干涉腔設(shè)計保證,。該干涉儀中沒有采用任何光纖,。參考激光器在空氣中的波長針對每種測量都通過配合儀器內(nèi)部傳感器進(jìn)行溫度和壓力的數(shù)據(jù)采集,，用Eldén公式進(jìn)行了仔細(xì)計算。

對于用戶在可見光波段光譜的操作,，相對濕度（RH）對空氣折射率的影響會改變測量的精度。為了補償這種效應(yīng),，其軟件可以手動設(shè)置相對濕度,。在紅外波段,，濕度的影響效應(yīng)可以忽略,。

動態(tài)范圍

OSA的動態(tài)范圍被定義為本底噪聲,，即測量窄帶激光光源時峰值為500GHz。下表提供了1500納米下OSA203動態(tài)范圍的的一些實驗值,。

**功率和功率密度

光譜的縱軸可以顯示為**功率或功率密度,，它們都可以用線性或?qū)?shù)刻度進(jìn)行標(biāo)示。在**功率模式下,，總功率是基于儀器對某特定波長的實際分辨率進(jìn)行顯示的；我們推薦只在測量窄帶光譜輸入光時采用該設(shè)置,。對于寬帶器件,，我們推薦使用功率密度模式,。在功率密度模式下，縱軸是以每單位波長的功率值進(jìn)行顯示的,，而單位波長則基于固定波長帶并且與儀器的分辨率設(shè)置無關(guān),。

分辨率和靈敏度

OSA等儀器的分辨率取決于干涉儀中兩路光路的光程差（OPD）。用波數(shù)（單位為厘米的倒數(shù)）來解釋該參數(shù)比用波長或頻率更易于理解。

假設(shè)您有兩個光源（激光）,，它們的中心波長非常相近：分別為6500 cm^-1 和6501 cm^-1,。為了在干涉儀中區(qū)分它們的信號光，其中一路光需要從零光程差（ZPD）點移動1厘米,。我們的OSA系統(tǒng)可以進(jìn)行±4厘米的光程差變化,，使其能夠分辨*小為0.25 cm^-1的光譜差異。該儀器的分辨率可以由下式進(jìn)行計算

其中Δλ為分辨率（該儀器**分辨率為0.25 cm^-1）,，單位為皮米,，光程差Δk的單位cm^-1，波長λ的單位為微米,。

用OSA軟件可以調(diào)高或降低儀器分辨率,。高分辨率對應(yīng)反射器的±1厘米（對應(yīng)光程差變化為±4厘米）的**反射器位移，而低分辨率則對應(yīng)應(yīng)反射器的±0.25厘米（對應(yīng)光程差變化為±1厘米）的反射器位移,。通過OSA軟件,，光譜計算中使用的干涉圖長度可以被分割，從而將分辨率降低到用戶的期望值,。

儀器的靈敏度取決于傳感器電路中采用的電子增益,。由于提高增益會使探測器的帶寬降低，因此在更高增益設(shè)置下一起將降低運行的速度,。

OSA在運行速度更低時還可以采樣更多的數(shù)據(jù)點/OPD,。數(shù)據(jù)采樣通過內(nèi)部穩(wěn)定HeNe激光器的參考信號進(jìn)行觸發(fā)。其中一個位相鎖定回路可以對HeNe的周期倍增到128倍,，從而實現(xiàn)**的靈敏度模式,。該模式對于被測光為寬帶光和強度較弱時是非常實用的。這樣一來,，在ZPD點的干涉圖中,，很短的間隔就包含了所有光譜信息。這通常被稱為零點飽和,。

基本設(shè)置

Thorlabs的OSA光譜分析儀可以通過一對折疊鏡和RC08FC-P01反射式準(zhǔn)直器來分析自由空間光源。在本例中,，我們將1532納米氦氖激光器發(fā)射光束耦合進(jìn)OSA202光譜分析儀,。

耦合設(shè)備