400-863-9100

波长计(wavemeters)

定义:
准确测量激光波长的器件。
相关词条:
光谱仪  光谱学  频谱测量  干涉仪 

波长计是一种干涉仪,可准确测量激光光束的波长。有很多种类的波长计,包括扫描波长计和不包括移动组件的静态波长计。 


扫描迈克尔逊干涉仪 

最常用的波长计是采用迈克尔逊干涉仪。图1是原理图。需要测量的光源发出的光进入迈克尔逊干涉仪,干涉仪的一条干涉臂在一定范围内进行扫描。输出功率随臂长的变化可由光电探测器进行探测从而可以得到波长。对测量过程的控制和数据进行分析通常是采用微处理器件。 

 1.png

图1:扫描迈克尔逊波长计。 

这种波长计的原理可以拓展到用于测量非单色光源的光谱(参阅光谱仪)。光谱可通过对探测到的功率随臂长差变化的曲线进行傅里叶变换得到。这种方法称为傅里叶光谱学。 

很多因素都会影响测量的精度: 

  1. 长度漂移(温度变化引起)和扫描的缺陷会引入很大的误差。这种误差可通过添加已知波长的稳定的参考激光器进行消除。 

  2. 光束形状的缺陷和变化也会影响结果。因此,入射光在进入干涉仪之前需要进行空间滤波。当光由单模光纤传输时可进行非常好的滤波。如果入射的多模的光,可以采用模式清洁腔。 

  3. 确定信号振荡周期的准确度主要受限于扫描范围。 

  4. 对于高精度的器件,还有一些其它的效应。例如,入射功率的涨落以及探测噪声都会对结果有影响。 

根据采用的器件的质量,能够实现波长测量的精度为0.01nm。 


静态斐索干涉仪 

斐索干涉仪(如图2)采用两个稍微有一些角度的反射平面构成。例如,可以采用一个玻璃楔,具有几角秒的角度差,其中前表面是部分反射而后表面是全反射的。也有的是采用分离的反射镜。 

1.png

图2:静态斐索干涉仪。 

通常,将两个相同的入射光束叠加,但是两光束有很小的角度,因此可以得到干涉条纹,干涉条纹的周期与波长有关。入射光束先通过空间滤波器,然后具有较大直径的准直光束进入斐索干涉仪中。 

干涉仪条纹的形状由CCD阵列测量,数据由微处理器进行处理。 


如何选取波长计 

不同类型的波长计的差别主要体现在: 

  1. 精度差别在零点几个纳米到小于1pm,取决于波长。不要把精度与分辨率混淆:高的精度不仅需要高分辨率,还需要整个装置的高稳定性。有些器件有自校准功能。如果要达到很高精度需要不断的进行校准。 

  2. 有些波长计具有内置激光器,其它的则采用外接电源。 

  3. 采用静态器件能够实现更快的测量速度。更适用于测量入射脉冲的波长,有些扫描干涉仪也可以用于这种情况。 

  4. 入射光束可以是自由空间激光光束或者光纤传导。 

  5. 波长计只工作在有限的波长范围。在有些极限波长范围需要采用一些特定类型的波长计。 

  6. 有些波长计可以同时得到波长和线宽。 

  7. 各种显示设备和软件可以使操作更简便。例如,有些波长可以同时显示波长,波数和频率值。 


其它测量技术 

例如,还有基于法布里-珀罗干涉仪的波长计。 

波长测量的精度会受很多因素的影响,例如,光束的波前畸变。频率测量可以得到更高的精度,且不受这些效应的影响。 

采用波长计比光谱仪测量波长更准确。光谱仪的优势在于,它可以给出不同光谱组分的相对功率。有的波长计可以作为光谱仪,因此可以得到更高的精度。

分享到 :