一种简单易调的色散超快测量系统及方法转让专利
申请号 : CN202210128111.5
文献号 : CN114486202B
文献日 : 2022-11-18
发明人 : 高磊 , 黄景晟 , 朱涛
申请人 : 重庆大学
摘要 :
本发明提供一种简单易调的色散超快测量系统及方法，该系统包括干涉光信号产生装置、待测样品、波形采集装置和光谱仪，干涉信号产生装置用于产生初始干涉光信号，其将所述初始干涉光信号分成两路，一路经待测样品时域拉伸后，形成拉伸干涉光信号，拉伸干涉光信号被传输给波形采集装置，另一路初始干涉光信号被直接传输给光谱仪；波形采集装置对拉伸干涉光信号的波形进行采集，获得时域包络；光谱仪对所述另一路初始干涉光信号的干涉光谱进行采集；基于时域包络与初始干涉光信号的干涉光谱呈等比例缩放，对时域包络和所述干涉光谱进行迭代拟合，计算出所述待测样品的色散量。本发明提高了色散测量效率且色散测量数据处理方法更加简单。
权利要求 :
1.一种简单易调的色散超快测量系统，其特征在于，包括干涉光信号产生装置、待测样品、波形采集装置和光谱仪，所述干涉光信号产生装置用于产生初始干涉光信号，其将所述初始干涉光信号分成两路，一路经所述待测样品时间拉伸后，形成拉伸干涉光信号，所述拉伸干涉光信号被传输给所述波形采集装置，另一路初始干涉光信号被直接传输给所述光谱仪；
所述波形采集装置对所述拉伸干涉光信号的波形进行采集，获得时域包络；所述光谱仪对所述另一路初始干涉光信号的干涉光谱进行采集；
基于所述时域包络与所述初始干涉光信号的干涉光谱呈等比例缩放，对所述时域包络和所述干涉光谱进行迭代拟合，计算出所述待测样品的色散量；
所述初始干涉光信号的干涉光谱表示为：
其中w为角频率，E1(w)表示用于产生所述初始干涉光信号的第一路原始光信号，E2(w)表示用于产生所述初始干涉光信号的第二路原始光信号， 表示所述第一路原始光信号和第二路原始光信号的相位差；
基于所述时域包络与所述初始干涉光信号的干涉光谱呈等比例缩放，经所述待测样品时间拉伸后的拉伸干涉光信号的光谱表达式为：其中 表示用于产生所述初始干涉光信号的第一路原始光信号， 表示用
于产生所述初始干涉光信号的第二路原始光信号， 表示所述第一路原始光信号和第二路原始光信号的相位差，β2为待测样品的二阶群速度色散参数，t为时间。
2.根据权利要求1所述的简单易调的色散超快测量系统，其特征在于，从所述时域包络中获得t，将t代入经所述待测样品时间拉伸后的拉伸干涉光信号的光谱表达式(2)中，计算得出所述待测样品的二阶群速度色散参数β2；
或者将t＝Dλ代入所述光谱表达式(2)中，建立包括至少两个所述光谱表达式(2)的方程式组，求解获得每一波长对应的色散系数D、待测样品的二阶群速度色散参数β2，其中λ表示波长，从所述时域包络中获得。
3.根据权利要求2所述的简单易调的色散超快测量系统，其特征在于，所述干涉光信号产生装置包括激光器、第一准直器、第一反射镜、第一分束器、第二反射镜、第二准直器和第二分束器，其中所述激光器通过所述第一准直器与第一分束器连接，所述第一分束器分别与所述第一反射镜、第二反射镜连接并通过所述第二准直器与所述第二分束器连接；
所述激光器将激光信号提供给所述第一准直器，所述第一准直器将所述激光器提供的激光信号准直为空间光信号，并将所述空间光信号传输给所述第一分束器，所述第一分束器将所述空间光信号分成两路，一路提供给所述第一反射镜，另一路提供给所述第二反射镜，所述第一反射镜和第二反射镜反射回的空间光信号在所述第一分束器处发生干涉，产生初始干涉光信号，所述初始干涉光信号经所述第二准直器被耦合到光纤中，通过所述光纤传输给所述第二分束器，所述第二分束器将所述初始干涉光信号分成两路，一路通过所述待测样品后形成拉伸干涉光信号，所述拉伸干涉光信号被传输给所述波形采集装置，另一路初始干涉光信号被直接传输给所述光谱仪；
其中，所述初始干涉光信号的干涉光谱的表达式(1)中，用于产生所述初始干涉光信号的第一路原始光信号为：所述第一反射镜反射回的空间光信号，用于产生所述初始干涉光信号的第二路原始光信号为：所述第二反射镜反射回的空间光信号，所述第一路原始光信号和第二路原始光信号的相位差为：反射回的两个空间光信号的相位差；
所述拉伸干涉光信号的光谱表达式(2)中，用于产生所述初始干涉光信号的第一路原始光信号为：所述第一反射镜反射回的空间光信号，用于产生所述初始干涉光信号的第二路原始光信号为：所述第二反射镜反射回的空间光信号，所述第一路原始光信号和第二路原始光信号的相位差为：反射回的两个空间光信号的相位差。
4.根据权利要求1所述的简单易调的色散超快测量系统，其特征在于，所述波形采集装置包括探测器和示波器，所述探测器与所述待测样品连接，其用于接收所述拉伸干涉光信号，并将该拉伸干涉光信号转换成拉伸干涉电信号；所述示波器对所述拉伸干涉电信号的波形进行采集，即对所述拉伸干涉光信号的波形进行采集。
5.根据权利要求3所述的简单易调的色散超快测量系统，其特征在于，所述激光信号为超连续谱激光或宽光谱激光。
6.一种简单易调的色散超快测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、产生初始干涉光信号，并将所述初始干涉光信号分成两路，其中一路经待测样品拉伸后，形成拉伸干涉光信号，对所述拉伸干涉光信号的波形进行采集，获得时域包络，并且对另一路初始干涉光信号的干涉光谱进行采集；
S2、基于所述时域包络与所述初始干涉光信号的干涉光谱呈等比例缩放，对所述时域包络和所述干涉光谱进行迭代拟合，计算出所述待测样品的色散量；
所述步骤S2中，所述初始干涉光信号的干涉光谱表示为：
其中w为角频率，E1(w)表示用于产生所述初始干涉光信号的第一路原始光信号，E2(w)表示用于产生所述初始干涉光信号的第二路原始光信号， 表示所述第一路原始光信号和第二路原始光信号的相位差；
根据所述时域包络与所述初始干涉光信号的干涉光谱呈等比例缩放，经过所述待测样品时间拉伸后的干涉光信号的光谱表达式为：其中 表示用于产生所述初始干涉光信号的第一路原始光信号， 表示用
于产生所述初始干涉光信号的第二路原始光信号， 表示所述第一路原始光信号和第二路原始光信号的相位差，β2为待测样品的二阶群速度色散参数，t为时间。
7.根据权利要求6所述的简单易调的色散超快测量方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述对所述时域包络和所述干涉光谱进行迭代拟合，计算出所述待测样品的色散量包括：从所述时域包络中获得t，将t代入经所述待测样品时间拉伸后的拉伸干涉光信号的光谱表达式(2)中，计算得出所述待测样品的二阶群速度色散参数β2；
或者将t＝Dλ代入所述光谱表达式(2)中，建立包括至少两个所述光谱表达式(2)的方程式组，求解获得每一波长对应的色散系数D、待测样品的二阶群速度色散参数β2，其中λ表示波长，从所述时域包络中获得。
8.根据权利要求6所述的简单易调的色散超快测量方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述对所述拉伸干涉光信号的波形进行采集，获得时域包络包括：对采集到的所述拉伸干涉光信号的多组波形求平均，获得所述时域包络。
说明书 :
一种简单易调的色散超快测量系统及方法
技术领域
[0001] 本发明属于色散测量领域，具体涉及一种简单易调的色散超快测量系统及方法。
背景技术
[0002] 在光学设备应用领域当中，色散是描述光纤传播特性的一个重要参数，它表征了光信号在光纤传输过程中不同波长的光在相同时间内传播距离的长短。为了实现良好的色散补偿效果，需要预先获取准确的光纤色散曲线或色散量。利用光谱干涉进行色散测量无需昂贵仪器，且具有结构简单测量准确的优点，因而得到了广泛应用。该测量方法是将待测光纤放置在测量臂中，在参考臂上通过设置可调延迟线来调节两干涉臂的光程差，使两干涉臂的光程差保持在一个较小的状态，满足干涉发生条件。在获得两个干涉臂中光信号的干涉条纹强度信息后，利用傅里叶变换等方式求得干涉条纹的相位，进而求得待测光纤的色散。
[0003] 传统的干涉光谱色散测量方法每次对不同长度的待测光纤进行色散测量时都需对两干涉臂中参考臂的长度进行一次调节，这无疑增加了操作难度与复杂度。此外，受到光谱仪采样速率的限制，该种色散测量方法的测量速度较慢。
发明内容
[0004] 本发明提供一种简单易调的色散超快测量系统及方法，以解决利用光谱干涉进行色散测量时测量速度较慢，每次对不同长度待测样品进行色散测量时都需对干涉光路中的参考臂进行一次调节，操作难度和复杂度较高的问题。
[0005] 根据本发明实施例的第一方面，提供一种简单易调的色散超快测量系统，包括干涉光信号产生装置、待测样品、波形采集装置和光谱仪，所述干涉信号产生装置用于产生初始干涉光信号，其将所述初始干涉光信号分成两路，一路经所述待测样品时域拉伸后，形成拉伸干涉光信号，所述拉伸干涉光信号被传输给所述波形采集装置，另一路初始干涉光信号被直接传输给所述光谱仪；
[0006] 所述波形采集装置对所述拉伸干涉光信号的波形进行采集，获得时域包络；所述光谱仪对所述另一路初始干涉光信号的干涉光谱进行采集；
[0007] 基于所述时域包络与所述初始干涉光信号的干涉光谱呈等比例缩放，对所述时域包络和所述干涉光谱进行迭代拟合，计算出所述待测样品的色散量。
[0008] 在一种可选的实现方式中，所述初始干涉光信号的干涉光谱表示为：
[0009]
[0010] 其中w为角频率，E1(w)表示用于产生所述初始干涉光信号的第一路原始光信号，E2(w)表示用于产生所述初始干涉光信号的第二路原始光信号， 表示所述第一路原始光信号和第二路原始光信号的相位差；
[0011] 基于所述时域包络与所述初始干涉光信号的干涉光谱呈等比例缩放，经所述待测样品时间拉伸后的拉伸干涉光信号的光谱表达式为：
[0012]
[0013] 其中 表示用于产生所述初始干涉光信号的第一路原始光信号，表示用于产生所述初始干涉光信号的第二路原始光信号， 表示所述第一路原始光信号和第二路原始光信号的相位差，β2为待测样品的二阶群速度色散参数，t为时间。
[0014] 在另一种可选的实现方式中，从所述时域包络中获得t，将t代入经所述待测样品时间拉伸后的拉伸干涉光信号的光谱表达式(2)中，计算得出所述待测样品的二阶群速度色散参数β2；
[0015] 或者将t＝Dλ代入所述光谱表达式(2)中，建立包括至少两个所述光谱表达式(2)的方程式组，求解获得每一波长对应的色散系数D、待测样品的二阶群速度色散参数β2，其中λ表示波长，从所述时域包络中获得。
[0016] 在另一种可选的实现方式中，所述干涉光信号产生装置包括激光器、第一准直器、第一反射镜、第一分束器、第二反射镜、第二准直器和第二分束器，其中所述激光器通过所述第一准直器与第一分束器连接，所述第一分束器分别与所述第一反射镜、第二反射镜连接并通过所述第二准直器与所述第二分束器连接；
[0017] 所述激光器将激光信号提供给所述第一准直器，所述第一准直器将所述激光器提供的激光信号准直为空间光信号，并将所述空间光信号传输给所述第一分束器，所述第一分束器将所述空间光信号分成两路，一路提供给所述第一反射镜，另一路提供给所述第二反射镜，所述第一反射镜和第二反射镜反射回的空间光信号在所述第一分束器处发生干涉，产生初始干涉光信号，所述初始干涉光信号经所述第二准直器被耦合到光纤中，通过所述光纤传输给所述第二分束器，所述第二分束器将所述初始干涉光信号分成两路，一路通过所述待测样品后形成拉伸干涉光信号，所述拉伸干涉光信号被传输给所述波形采集装置，另一路初始干涉光信号被直接传输给所述光谱仪；
[0018] 其中，所述初始干涉光信号的干涉光谱的表达式(1)中，E1(w)表示所述第一反射镜反射回的空间光信号，E2(w)表示所述第二反射镜反射回的空间光信号， 表示反射回的两个空间光信号的相位差；
[0019] 所述拉伸干涉光信号的光谱表达式(2)中， 表示所述第一反射镜反射回的空间光信号， 表示所述第二反射镜反射回的空间光信号， 表示反射回的两个空间光信号的相位差。
[0020] 在另一种可选的实现方式中，所述波形采集装置包括探测器和示波器，所述探测器与所述待测样品连接，其用于接收所述一路初始干涉光信号，并将该路初始干涉光信号转换成初始干涉电信号；所述示波器对所述初始干涉电信号的波形进行采集，即对所述初始干涉光信号的波形进行采集。
[0021] 在另一种可选的实现方式中，所述激光信号为超连续谱激光或宽光谱激光。
[0022] 根据本发明实施例的第二方面，提供一种简单易调的色散超快测量方法，包括以下步骤：
[0023] S1、产生初始干涉光信号，并将所述初始干涉光信号分成两路，其中一路经所述待测样品拉伸后，形成拉伸干涉光信号，对所述拉伸干涉光信号的波形进行采集，获得时域包络，并且对另一路初始干涉光信号的干涉光谱进行采集；
[0024] S2、基于所述时域包络与所述初始干涉光信号的干涉光谱呈等比例缩放，对所述时域包络和所述干涉光谱进行迭代拟合，计算出所述待测样品的色散量。
[0025] 在一种可选的实现方式中，所述步骤S2中，所述初始干涉光信号的干涉光谱表示为：
[0026]
[0027] 其中w为角频率，E1(w)表示用于产生所述干涉光信号的第一路原始光信号，E2(w)表示用于产生所述干涉光信号的第二路原始光信号， 表示所述第一路原始光信号和第二路原始光信号的相位差；
[0028] 根据所述时域包络与所述初始干涉光信号的干涉光谱呈等比例缩放，经过所述待测样品时间拉伸后的干涉光信号的光谱表达式为：
[0029]
[0030] 其中 表示用于产生所述干涉光信号的第一路原始光信号， 表示用于产生所述干涉光信号的第二路原始光信号， 表示所述第一路原始光信号和第二路原始光信号的相位差，β2为待测样品的二阶群速度色散参数，t为时间。
[0031] 在另一种可选的实现方式中，所述步骤S2中，所述对所述时域包络和所述干涉光谱进行迭代拟合，计算出所述待测样品的色散量包括：
[0032] 从所述时域包络中获得t，将t代入经所述待测样品时间拉伸后的拉伸干涉光信号的光谱表达式(2)中，计算得出所述待测样品的二阶群速度色散参数β2；
[0033] 或者将t＝Dλ代入所述光谱表达式(2)中，建立包括至少两个所述光谱表达式(2)的方程式组，求解获得每一波长对应的色散系数D、待测样品的二阶群速度色散参数β2，其中λ表示波长，从所述时域包络中获得。
[0034] 在另一种可选的实现方式中，所述步骤S1中，所述对所述拉伸干涉光信号的波形进行采集，获得时域包络包括：对采集到的所述拉伸干涉光信号的多组波形求平均，获得所述时域包络。
[0035] 本发明的有益效果是：
[0036] 1、本发明干涉光信号产生装置中两干涉臂的光程差在调节完成后，在对不同长度的待测样品进行色散测量时，无需根据待测样品的长度，对两干涉臂中参考臂的长度进行适应性反复调节，由此降低了操作难度和复杂度，方便了不同长度待测样品的色散测量，提高了不同长度待测样品的色散测量效率；本发明对于长待测样品，不必对参考臂的长度进行适应性调节，省去了长待测样品色散测量时需对参考臂长度进行精密调节的要求并且缩小了色散测量系统的体积；此外本发明在对多种不同长度的待测样品进行色散测量时，无需根据待测样品的长短对干涉臂的光程差进行反复调节，更便于色散测量实现仪器化；本发明中初始干涉光信号经待测样品拉伸后形成拉伸干涉光信号，对拉伸干涉光信号的波形进行采集，获得时域包络，基于该时域包络与该初始干涉光信号的干涉光谱呈等比例缩放，对该时域包络和该干涉光谱进行迭代拟合，即可计算出所述待测样品的色散量，数据处理方法更加简单；本发明数据采集快慢是由波形采集装置的采样速率决定的，不受光谱仪的采样速率限制，由于波形采集装置的采集速率较高，因此本发明色散测量所需数据的采集效率较高，从而使得本发明的色散测量效率较高；
[0037] 2、本发明干涉光信号产生装置中使其第一反射镜和第二反射镜反射回的空间光信号在第一分束器处发生干涉，在对两个反射镜的位置进行调节时，只需要使两个反射镜到第一分束器之间有很小的距离差即可，因而采用反射镜作为干涉臂的一部分，可以缩小色散测量系统体积；此外相比于采用不同长度的光纤作为干涉臂，采用反射镜作为干涉臂，使得两个反射镜与第一分束器之间的距离调节更加容易，从而便于色散测量系统仪器化；
[0038] 3、本发明激光信号为超连续谱激光时，可以使得色散测量的范围较宽，可测量上千纳米nm的范围；本发明在对长待测样品进行色散测量时，即便采用宽光谱光源也能满足其色散测量要求，由此可以降低长待测样品色散测量时对激光信号的要求；
[0039] 4、本发明通过对采集到的拉伸干涉光信号的多组波形求平均，获得所述时域包络，可以降低信号中的噪声水平，从而提高色散测量准确度。
附图说明
[0040] 图1是本发明简单易调的色散超快测量系统的结构方框图；
[0041] 图2是本发明简单易调的色散超快测量系统的一个实施例结构方框图；
[0042] 图3是本发明简单易调的色散超快测量方法的流程图。
具体实施方式
[0043] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。
[0044] 在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0045] 参见图1，为本发明简单易调的色散超快测量系统的结构方框图。该简单易调的色散超快测量系统可以包括干涉光信号产生装置、待测样品、波形采集装置和光谱仪，所述干涉信号产生装置用于产生初始干涉光信号，其将所述初始干涉光信号分成两路，一路经所述待测样品时域拉伸后，形成拉伸干涉光信号，所述拉伸干涉光信号被传输给所述波形采集装置，另一路初始干涉光信号被直接传输给所述光谱仪；所述波形采集装置对所述拉伸干涉光信号的波形进行采集，获得时域包络；所述光谱仪对所述另一路初始干涉光信号的干涉光谱进行采集；基于所述时域包络与所述初始干涉光信号的干涉光谱呈等比例缩放，对所述时域包络和所述干涉光谱进行迭代拟合，计算出所述待测样品的色散量。
[0046] 本实施例中，该干涉光信号发生装置的第一输出端可以通过该待测样品与波形采集装置连接，第二输出端可以直接与该光谱仪连接，该波形采集装置和光谱仪的输出端可以与处理器连接，该波形采集装置将其采集到的时域包络发送给处理器，该光谱仪将采集到的干涉光谱发送给处理器，该处理器可以基于所述时域包络与所述初始干涉光信号的干涉光谱呈等比例缩放，对所述时域包络和所述干涉光谱进行迭代拟合，计算出所述待测样品的色散量。该待测样品可以为待测光纤，该色散量可以包括色散系统、二阶群速度色散参数等。
[0047] 其中，所述初始干涉光信号的干涉光谱可以表示为：
[0048]
[0049] 其中w为角频率，E1(w)表示用于产生所述初始干涉光信号的第一路原始光信号，E2(w)表示用于产生所述初始干涉光信号的第二路原始光信号， 表示所述第一路原始光信号和第二路原始光信号的相位差；
[0050] 基于所述时域包络与所述初始干涉光信号的干涉光谱呈等比例缩放，经所述待测样品时间拉伸后的干涉光信号的光谱表达式可以为：
[0051]
[0052] 其中 表示用于产生所述初始干涉光信号的第一路原始光信号， 表示用于产生所述初始干涉光信号的第二路原始光信号， 表示所述第一路原始光信号和第二路原始光信号的相位差，β2为待测样品的二阶群速度色散参数，t为时间。
[0053] 在计算待测样品的色散量时，可以从所述时域包络中获得t，将t代入经所述待测样品时间拉伸后的拉伸干涉光信号的光谱表达式(2)中，计算得出所述待测样品的二阶群速度色散参数β2；或者将t＝Dλ代入所述光谱表达式(2)中，建立包括至少两个所述光谱表达式(2)的方程式组，求解获得每一波长对应的色散系数D、待测样品的二阶群速度色散参数β2，其中λ表示波长，可从所述时域包络中获得。
[0054] 相比于传统的干涉光谱色散测量方法，本发明首先产生干涉光信号，而产生该干涉光信号的两干涉臂中并不存在待测样品，即并不需要将待测样品置于两干涉臂中的测量臂中，因此本发明干涉光信号产生装置中两干涉臂的光程差在调节完成后，在对不同长度的待测样品进行色散测量时，无需根据待测样品的长度，对两干涉臂中参考臂的长度进行适应性反复调节，由此降低了操作难度和复杂度，方便了不同长度待测样品的色散测量，提高了不同长度待测样品的色散测量效率；此外，当待测光纤具有较长的光程(如长光纤)时，由于光源的相干性较低以及光谱仪分辨率有限等，需要精细的调节参考臂的光程，才能使得两路光的光程维持在一个较小的状态，本发明对于长待测样品，不必对参考臂的长度进行适应性调节，省去了长待测样品色散测量时需对参考臂长度进行精密调节的要求，并且缩小了色散测量系统的体积；本发明在对多种不同长度的待测样品进行色散测量时，无需根据待测样品的长短对干涉臂的光程差进行反复调节，更便于色散测量实现仪器化。
[0055] 其次，传统的干涉光谱色散测量方法在获得两个干涉臂中光信号的干涉条纹强度信息后，还要首先利用傅里叶变换等方式求得干涉条纹的相位，进而求得待测光纤的色散，其数据处理方法复杂；本发明中初始干涉光信号经待测样品拉伸后形成拉伸干涉光信号，对拉伸干涉光信号的波形进行采集，获得时域包络，基于该时域包络与该初始干涉光信号的干涉光谱呈等比例缩放，对该时域包络和该干涉光谱进行迭代拟合，即可计算出所述待测样品的色散量，数据处理方法更加简单。
[0056] 再者，传统的干涉光谱色散测量方法所需数据的采集受到光谱仪采样速率的限制，因而传统的干涉光谱色散测量方法的测量速度较慢；本发明在涉光信号产生装置产生的初始干涉光信号的光谱一定的情况下，只需要对经待测样品时域拉伸后形成的拉伸干涉光信号的波形进行采集即可，本发明设置光谱仪主要是为了使其采集到的干涉光谱与时域包络在时间上相匹配，并不是为了对色散测量所需的主要数据进行采集，也就是说本发明数据采集快慢是由波形采集装置的采样速率决定的，而不受光谱仪的采样速率限制，由于波形采集装置的采集速率较高，因此本发明色散测量所需数据的采集效率较高，从而使得本发明的色散测量效率较高。
[0057] 在一个实施例中，如图2所示，所述干涉光信号产生装置可以包括激光器、第一准直器、第一反射镜、第一分束器、第二反射镜、第二准直器和第二分束器，其中所述激光器通过所述第一准直器与第一分束器连接，所述第一分束器分别与所述第一反射镜、第二反射镜连接并通过所述第二准直器与所述第二分束器连接；所述激光器将激光信号提供给所述第一准直器，所述第一准直器将所述激光器提供的激光信号准直为空间光信号，并将所述空间光信号传输给所述第一分束器，所述第一分束器将所述空间光信号分成两路，一路提供给所述第一反射镜，另一路提供给所述第二反射镜，所述第一反射镜和第二反射镜反射回的空间光信号在所述第一分束器处发生干涉，产生初始干涉光信号，所述初始干涉光信号经所述第二准直器被耦合到光纤中，通过所述光纤传输给所述第二分束器，所述第二分束器将所述初始干涉光信号分成两路，一路通过所述待测样品后形成拉伸干涉光信号，所述拉伸干涉光信号被传输给所述波形采集装置，另一路初始干涉光信号被直接传输给所述光谱仪。该第一分束器分成的两路空间光信号，可以垂直于对应反射镜分别正对入射到第一反射镜和第二反射镜上。
[0058] 其中，所述初始干涉光信号的干涉光谱的表达式(1)中，E1(w)表示所述第一反射镜反射回的空间光信号，E2(w)表示所述第二反射镜反射回的空间光信号， 表示反射回的两个空间光信号的相位差；
[0059] 所述拉伸干涉光信号的光谱表达式(2)中， 表示所述第一反射镜反射回的空间光信号， 表示所述第二反射镜反射回的空间光信号， 表示反射回的两个空间光信号的相位差。
[0060] 具体地，在本实施例中，所述初始干涉光信号的干涉光谱表示为：
[0061]
[0062] 其中w为角频率，E1(w)表示所述第一反射镜反射回的空间光信号，E2(w)表示所述第二反射镜反射回的空间光信号， 表示反射回的两个空间光信号的相位差；基于所述时域包络与所述干涉光谱呈等比例缩放，经所述待测样品时间拉伸后的拉伸干涉光信号的光谱表达式为：
[0063]
[0064] 其中 表示所述第一反射镜反射回的空间光信号， 表示所述第二反射镜反射回的空间光信号， 表示反射回的两个空间光信号的相位差，β2为待测样品的二阶群速度色散参数，t为时间。
[0065] 本发明干涉光信号产生装置中使其第一反射镜和第二反射镜反射回的空间光信号在第一分束器处发生干涉，在对两个反射镜的位置进行调节时，只需要使两个反射镜到第一分束器之间有很小的距离差即可，因而采用反射镜作为干涉臂的一部分，可以缩小色散测量系统体积；此外相比于采用不同长度的光纤作为干涉臂，采用反射镜作为干涉臂，使得两个反射镜与第一分束器之间的距离调节更加容易，从而便于色散测量系统仪器化。
[0066] 在本实施例中，所述波形采集装置可以包括探测器和示波器，所述探测器与所述待测样品连接，其用于接收所述一路初始干涉光信号，并将该路初始干涉光信号转换成初始干涉电信号；所述示波器对所述初始干涉电信号的波形进行采集，即对所述初始干涉光信号的波形进行采集。其中，该第二分束器的第一输出端可以通过待测样品与该探测器的探测端连接，该探测器的输出端与该示波器连接，该第二分束器的第二输出端可以直接与该光谱仪连接。本实施例中该示波器和光谱仪均可以与处理器连接，该示波器将其采集到的时域包络发送给该处理器，该光谱仪将其采集到的干涉光谱发送给该处理器，该处理器可以基于所述时域包络与所述初始干涉光信号的干涉光谱呈等比例缩放，对所述时域包络和所述干涉光谱进行迭代拟合，计算出所述待测样品的色散量。此外，该激光信号可以为超连续谱激光或宽光谱激光，其中该超连续谱激光的光谱范围可以为上千纳米nm，且其脉冲重复频率可以大于兆赫兹；由于长待测样品在进行色散测量时其对光源的相干性要求较低，因此本发明在对长待测样品进行色散测量时，即便采用宽光谱光源也能满足其色散测量要求，由此可以降低长待测样品色散测量时对激光信号的要求。由于波形采集装置(例如本实施例中的示波器)的采集效率通常较高，为了提高色散测量准确度，可以对采集到的所述拉伸干涉光信号的多组波形求平均，获得所述时域包络，由此来降低信号中的噪声水平。本发明中，该色散测量系统的精度主要由光谱仪的分辨率，示波器和探测器的带宽以及采样率和光谱仪和示波器的存储深度共同决定；其测量范围受限于激光信号的光谱宽度以及光谱仪的测量范围。
[0067] 在一个具体例子中，利用光谱范围为450nm‑2400nm，重复频率为(78MHz)的超连续谱光源，经过第一准直器准直输出后由第一分束器分成两路空间光信号，其中一路传输给第一反射镜，第一反射镜反射回的空间光信号原路返回至第一分束器处，另一路传输给第二反射镜，第二反射镜反射回的空间光信号原路返回至第一分束器处，两路反射回的空间光信号在第一分束器处发生干涉，形成初始干涉光信号，该初始干涉光信号由第二准直器耦合到光纤后，由光纤传输给第二分束器，该第二分束器将初始干涉光信号分成两路，功率低的一路由光谱仪直接采集其干涉光谱；功率高的一路经过待测样品后形成拉伸干涉光信号，该拉伸干涉光信号通过探测器(带宽20GHz)后由示波器(采样率50GHz)进行波形的采集，从而获得时域包络。将所采集到的时域包络和干涉光谱进行迭代拟合，从而得到所测样品的色散量。
[0068] 由上述实施例可见，本发明干涉光信号产生装置中两干涉臂的光程差在调节完成后，在对不同长度的待测样品进行色散测量时，无需根据待测样品的长度，对两干涉臂中参考臂的长度进行适应性反复调节，由此降低了操作难度和复杂度，方便了不同长度待测样品的色散测量，提高了不同长度待测样品的色散测量效率；本发明对于长待测样品，不必对参考臂的长度进行适应性调节，省去了长待测样品色散测量时需对参考臂长度进行精密调节的要求并且缩小了色散测量系统的体积；此外本发明在对多种不同长度的待测样品进行色散测量时，无需根据待测样品的长短对干涉臂的光程差进行反复调节，更便于色散测量实现仪器化；本发明中初始干涉光信号经待测样品拉伸后形成拉伸干涉光信号，对拉伸干涉光信号的波形进行采集，获得时域包络，基于该时域包络与该初始干涉光信号的干涉光谱呈等比例缩放，对该时域包络和该干涉光谱进行迭代拟合，即可计算出所述待测样品的色散量，数据处理方法更加简单；本发明数据采集快慢是由波形采集装置的采样速率决定的，不受光谱仪的采样速率限制，由于波形采集装置的采集速率较高，因此本发明色散测量所需数据的采集效率较高，从而使得本发明的色散测量效率较高。
[0069] 另外，本发明还提供一种简单易调的色散超快测量方法，如图3所示，其可以包括以下步骤：
[0070] S1、产生初始干涉光信号，并将所述初始干涉光信号分成两路，其中一路经所述待测样品拉伸后，形成拉伸干涉光信号，对所述拉伸干涉光信号的波形进行采集，获得时域包络，并且对另一路初始干涉光信号的干涉光谱进行采集；
[0071] S2、基于所述时域包络与所述初始干涉光信号的干涉光谱呈等比例缩放，对所述时域包络和所述干涉光谱进行迭代拟合，计算出所述待测样品的色散量。
[0072] 所述步骤S2中，所述初始干涉光信号的干涉光谱表示为：
[0073]
[0074] 其中w为角频率，E1(w)表示用于产生所述干涉光信号的第一路原始光信号，E2(w)表示用于产生所述干涉光信号的第二路原始光信号， 表示所述第一路原始光信号和第二路原始光信号的相位差；
[0075] 根据所述时域包络与所述初始干涉光信号的干涉光谱呈等比例缩放，经过所述待测样品时间拉伸后的干涉光信号的光谱表达式为：
[0076]
[0077] 其中 表示用于产生所述干涉光信号的第一路原始光信号， 表示用于产生所述干涉光信号的第二路原始光信号， 表示所述第一路原始光信号和第二路原始光信号的相位差，β2为待测样品的二阶群速度色散参数，t为时间。
[0078] 所述步骤S2中，所述对所述时域包络和所述干涉光谱进行迭代拟合，计算出所述待测样品的色散量包括：
[0079] 从所述时域包络中获得t，将t代入经所述待测样品时间拉伸后的拉伸干涉光信号的光谱表达式(2)中，计算得出所述待测样品的二阶群速度色散参数β2；或者将t＝Dλ代入所述光谱表达式(2)中，建立包括至少两个所述光谱表达式(2)的方程式组，求解获得每一波长对应的色散系数D、待测样品的二阶群速度色散参数β2，其中λ表示波长，从所述时域包络中获得。
[0080] 所述步骤S1中，所述对所述拉伸干涉光信号的波形进行采集，获得时域包络包括：对采集到的所述拉伸干涉光信号的多组波形求平均，获得所述时域包络。本发明通过对采集到的拉伸干涉光信号的多组波形求平均，获得所述时域包络，可以降低信号中的噪声水平，从而提高色散测量准确度。
[0081] 由上述实施例可见，本发明干涉光信号产生装置中两干涉臂的光程差在调节完成后，在对不同长度的待测样品进行色散测量时，无需根据待测样品的长度，对两干涉臂中参考臂的长度进行适应性反复调节，由此降低了操作难度和复杂度，方便了不同长度待测样品的色散测量，提高了不同长度待测样品的色散测量效率；本发明对于长待测样品，不必对参考臂的长度进行适应性调节，省去了长待测样品色散测量时需对参考臂长度进行精密调节的要求并且缩小了色散测量系统的体积；此外本发明在对多种不同长度的待测样品进行色散测量时，无需根据待测样品的长短对干涉臂的光程差进行反复调节，更便于色散测量实现仪器化；本发明中初始干涉光信号经待测样品拉伸后形成拉伸干涉光信号，对拉伸干涉光信号的波形进行采集，获得时域包络，基于该时域包络与该初始干涉光信号的干涉光谱呈等比例缩放，对该时域包络和该干涉光谱进行迭代拟合，即可计算出所述待测样品的色散量，数据处理方法更加简单；本发明数据采集快慢是由波形采集装置的采样速率决定的，不受光谱仪的采样速率限制，由于波形采集装置的采集速率较高，因此本发明色散测量所需数据的采集效率较高，从而使得本发明的色散测量效率较高。
[0082] 本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
[0083] 应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来管制。