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微型光谱仪在测量激光波长方面的应用分析

发布时间:2020-11-09 06:44 作者:金宝搏

  目前测量激光波长参数的仪器大致分为三类,一类是波长计,功能简单,操作方便,精度也比较高,但是一般只能读出波长数据,当激光器是多波长或者光谱较宽时,测量有可能不准确;一类是扫描F-P腔,主要是研究激光器的光谱形状,一般不给出波长的绝对数值;还有一类就是光谱仪,它给出激光的绝对波长值也给出激光光谱的形状。本文将以Avantes公司的微型光纤光谱仪AvaSpec-2048为例,介绍微型光谱仪在测量激光波长方面的应用。

  荷兰Avantes公司的AvaSpec-2048光纤光谱仪,采用对称式光路设计,焦距75mm,包括光纤接头(标准SMA接口,也可以选择其它类型的接口)、准直镜、衍射光栅、聚焦镜和Sony ILX554B型2048像素线阵CCD探测器,测量波长范围200-1100nm,最高分辨率0.04nm,提供USB1.1或USB2.0接口、RS-232接口和I/O外触发接口。

  AvaSpec-2048FT型光谱仪可以工作在连续测量状态,也可以工作在外触发模式下。当时用外触发模式时,在接受外触发信号之后1.3微秒开始测量。在开始测量的同时,光谱仪还可以输出一个TTL信号来触发其他光源,比如脉冲激光器或者氙灯等。这一点在测量脉冲激光器波长测量,尤其时激光重复频率比较低时(比如每秒钟1次)非常有用。此外,在AvaSoft-Full软件还可以设置光谱仪输出TTL信号与开始测量光谱之间的时间延迟,延迟时间从-42ns到2.7ms可调。

  AvaSpec-2048光谱仪可以配置成双通道或多通道(USB1.1平台最多8个通道,USB2.0平台最多128通道),整台光谱仪采用主从电路板控制,各通道间可实现真正意义上的同步数据采集。

  由于每个通道均包括一个独立的光学平台,各通道的光谱分辨率和光谱范围都可以灵活选择。我们既可以选择多个通道覆盖全部的200~1100nm波长范围,也可以只覆盖紫外部分、可见或近红外部分,如何选择完全取决于用户的兴趣和需要。比如绿光激光器用户可以选择覆盖532nm和1064nm两个波长附近的波段就足够了。这样就在很经济的成本下获得了足够的分辨率。

  在AvaSoft-FULL软件中的History功能,使我们可以很方便的监视激光波长、幅值、波峰数目等参数随时间的变化,甚至我们还可以自定义一些参量,并观察它们随时间的变化。同时,USB2平台的光谱仪还附带了模拟和数字输出,这些模拟和数字输出口的值可以对应于History中定义的函数。

  对于连续激光器来说,测量尤为简单。运行软件后,设置合适的积分时间,如下图所示,就可以得到一个合适的光谱图。图4是一个日光灯光谱。

  为了使测量的激光峰值波长更为准确,需要正确的设置Setup下的Smoothing and Spline参数,具体可以按照软件手册中的说明操作。在测量激光时应该注意的是,由于激光功率都很强,一般不直接把激光耦合进光纤,而是将激光打在一个屏上,使用光纤接受从屏散射的一点光就可以了。

  对于重复频率比较高(比如100Hz以上)的脉冲激光,可以使用把它当成一个连续激光来测量。而重复频率比较低,或者个别的需要测量单脉冲的情况下,为了准确地和激光脉冲同步,光谱仪最好工作在外触发模式下。如图5所示。

  在外触发模式下,我们可以选择上升沿触发(Edge Triger),也可以选择高电平触发(Level Triger),在上升沿触发模式下,只要光谱仪的触发管脚(DB15的第4管脚或者DB26的第6管脚)接收到一个上升沿后1.3s光谱仪开始一次测量;而使用高电平触发则只要触发管脚是高电平,光谱仪就一直不断的测量。

  要监测激光波长随时间的变化,需要首先在History->

  Function Entry中(如图6)设置参数。然后选择History->

  Start Measuring就可以看到激光波长随时间变化的曲线.结论

  使用AvaSpec-2048光谱仪进行激光波长测量,具有功能强大,性价比高、测量精度高、测量速度快、操作简单等特点,而且体积小巧,方便集成到系统中进行在线监测。


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