解決方案
激光波長(zhǎng)測(cè)量
概 要
隨著激光在工業(yè)加工、通信、測(cè)量、以及醫(yī)療科研等眾多領(lǐng)域越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，方便快捷的測(cè)量激光器波長(zhǎng)已經(jīng)成為一種迫切的需求。目前測(cè)量激光波長(zhǎng)參數(shù)的儀器大致分為三類(lèi)，一類(lèi)是波長(zhǎng)計(jì)，功能簡(jiǎn)單，操作方便，精度也比較高，但是一般只能讀出波長(zhǎng)數(shù)據(jù)，當(dāng)激光器是多波長(zhǎng)或者光譜較寬時(shí)，測(cè)量有可能不準(zhǔn)確；一類(lèi)是掃描F-P腔，主要是研究激光器的光譜形狀，一般不給出波長(zhǎng)的絕對(duì)數(shù)值；還有一類(lèi)就是光譜儀，它給出激光的絕對(duì)波長(zhǎng)值也給出激光光譜的形狀。
本文以荷蘭Avantes公司的微型光纖光譜儀AvaSpec-ULS4096CL-EVO為例，介紹微型光譜儀在測(cè)量激光波長(zhǎng)方面的應(yīng)用。AvaSpec-ULS4096CL-EVO高分辨率光譜儀非常適合測(cè)量連續(xù)和脈沖激光的波長(zhǎng)和相對(duì)強(qiáng)度，而且由于探測(cè)器具有9微秒的電子快門(mén)功能，因此動(dòng)態(tài)范圍非常大。對(duì)于高功率激光，可選用積分球或余弦校正器來(lái)衰減入射光，以避免探測(cè)器飽和。
1.1 儀器原理
荷蘭Avantes公司的AvaSpec-ULS4096CL光纖光譜儀，采用對(duì)稱(chēng)式光路設(shè)計(jì)，焦距75mm，包括光纖接頭（標(biāo)準(zhǔn)SMA接口）、準(zhǔn)直鏡、衍射光柵、聚焦鏡和4096像素線陣CMOS探測(cè)器，波長(zhǎng)范圍200-1100nm，分辨率高達(dá)0.04nm，提供USB3.0接口、高速網(wǎng)口和I/O外觸發(fā)同步接口。
圖1 AvaSpec-ULS4096CL光譜儀的光學(xué)平臺(tái)
2.1.1 多通道間同步采樣
AvaSpec-ULS4096CL光譜儀可以配置成雙通道或多通道，整臺(tái)光譜儀采用主從通道控制，各通道間可實(shí)現(xiàn)真正意義上的同步數(shù)據(jù)采集。由于每個(gè)通道均包括一個(gè)獨(dú)立的光學(xué)平臺(tái)，各通道的光譜分辨率和光譜范圍都可以靈活選擇。我們既可以選擇多個(gè)通道覆蓋全部的200～1100nm波長(zhǎng)范圍，也可以只覆蓋紫外部分、可見(jiàn)或近紅外部分，如何選擇完全取決于用戶的興趣和需要。比如綠光激光器用戶可以選擇覆蓋532nm和1064nm兩個(gè)波長(zhǎng)附近的波段就足夠了。這樣就在很經(jīng)濟(jì)的成本下獲得了足夠的分辨率。
2.1.2 強(qiáng)大的歷史通道功能
在AvaSoft-FULL軟件中的歷史通道功能，使我們可以很方便的監(jiān)視激光波長(zhǎng)、幅值、半寬值（FWHM）等參數(shù)隨時(shí)間的變化，甚至我們還可以自定義一些參量，并觀察它們隨時(shí)間的變化，軟件可以允許您同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)輸出參數(shù)隨時(shí)間的變化。
2.2 測(cè)量方法
測(cè)量激光波長(zhǎng)是光譜儀基本的一項(xiàng)應(yīng)用。使用時(shí)只要按照如下步驟即可：
1．安裝軟件AvaSoft-FULL
2．使用USB線或網(wǎng)線將光譜儀與計(jì)算機(jī)連接。
3．使用光纖將待測(cè)光信號(hào)耦合進(jìn)光譜儀，運(yùn)行軟件就可以得到光譜數(shù)據(jù)。如下圖所示：
圖2 激光波長(zhǎng)測(cè)量示意圖
2.2.1 連續(xù)激光器
對(duì)于連續(xù)激光器來(lái)說(shuō)，測(cè)量尤為簡(jiǎn)單。運(yùn)行軟件后，設(shè)置合適的積分時(shí)間，如下圖所示，就可以得到一個(gè)合適的光譜圖。為了使測(cè)量的激光峰值波長(zhǎng)更為準(zhǔn)確，需要正確的設(shè)置光譜儀的Smoothing及Spline設(shè)置，具體可以按照軟件手冊(cè)中的說(shuō)明操作。在測(cè)量激光時(shí)應(yīng)該注意的是，由于激光功率都很強(qiáng)，一般不直接把激光耦合進(jìn)光纖，而是將激光打在一個(gè)屏上，使用光纖接受從屏散射的激光信號(hào)就可以了。
2.3.2脈沖激光器
對(duì)于重復(fù)頻率比較高（比如100Hz以上）的脈沖激光，可以使用把它當(dāng)成一個(gè)連續(xù)激光來(lái)測(cè)量。而重復(fù)頻率比較低，或者個(gè)別的需要測(cè)量單脈沖的情況下，為了準(zhǔn)確地和激光脈沖同步，光譜儀盡量工作在外觸發(fā)模式下。
2.3.3監(jiān)測(cè)激光波長(zhǎng)隨時(shí)間變化
要監(jiān)測(cè)激光波長(zhǎng)隨時(shí)間的變化，只需要在軟件中打開(kāi) TimeSeries模塊，設(shè)置希望監(jiān)測(cè)的參，就可以看到激光波長(zhǎng)，峰值，強(qiáng)度等設(shè)置參數(shù)隨時(shí)間變化的曲線了。軟件還能夠允許您多窗口同步工作，同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)參數(shù)隨時(shí)間的變化。
3．結(jié)論
使用AvaSpec-ULS4096CL光譜儀進(jìn)行激光波長(zhǎng)測(cè)量，具有功能強(qiáng)大，性?xún)r(jià)比高、測(cè)量精度高、測(cè)量速度快、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，而且體積小巧，方便集成到系統(tǒng)中進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。同時(shí)Avantes還能夠?yàn)槟峁└嗟倪x擇，如體積更小（撲克牌大小）的光譜儀CompactLine系列；近紅外波段（1000-2500nm）光譜儀NIRLine系列，超快光譜儀（5000幅/秒）Fast系列等。如您有更多需求，請(qǐng)您聯(lián)系我們的技術(shù)工程師，我們會(huì)為您提供完善的光譜學(xué)解決方案。