陈珂,刘学聪,罗先卫,周新磊,彭伟,于清旭.32通道光纤阵列式高灵敏飞秒激光光谱分析仪[J].光电子激光,2015,26(1):116~121
32通道光纤阵列式高灵敏飞秒激光光谱分析仪
32-channel fiber array input femtosecond laser optical spectrum analyzer with high sensitivity
投稿时间:2014-09-02  
DOI:
中文关键词:  光纤阵列  光谱分析仪(OSA)  锁相放大器  多通道同步检测  飞秒时间分辨光谱
英文关键词:fiber array  optical spectrum analyzer (OSA)  lock-in amplifier  multi-ch annel synchronous detection  femtosecond time-resolved spectrum
基金项目:国家自然科学基金(51277021,5)和国家自然科学青年科学基金(61307105)资助项目 (大连理工大学 物理与光电工程学院,辽宁 大连 116023)
作者单位
陈珂 大连理工大学 物理与光电工程学院,辽宁 大连 116023 
刘学聪 大连理工大学 物理与光电工程学院,辽宁 大连 116023 
罗先卫 大连理工大学 物理与光电工程学院,辽宁 大连 116023 
周新磊 大连理工大学 物理与光电工程学院,辽宁 大连 116023 
彭伟 大连理工大学 物理与光电工程学院,辽宁 大连 116023 
于清旭 大连理工大学 物理与光电工程学院,辽宁 大连 116023 
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中文摘要:
      针对飞秒激光光谱学研究中对微弱光信号的多通 道光谱分析的需求,提出了一种32通道光纤阵列- 锁相放大光谱分析仪(OSA)设计方案。32通道光纤阵列用于传输线型分布光谱信号,经光电 探测器(PD)转换的电信号 由32通道同步数字锁相放大器进行处理。基于现场可编程门阵列(FPGA)设计的32通道同步 数字锁相放 大器,实现了各路独立的微弱光谱信号同时检测功能。针对飞秒激光光谱测量中重复频率为 1kHz的强干 扰,设计1kHz陷波器,提高信号测量的动态范围。设计的OSA的测量光谱范围 为400~1100nm,通 道光谱间隔为4nm。实验结果表明:32通道光纤阵列OSA的通道隔离度大于80dB,输入光噪声密 度为37.9fW/Hz,各通道极限检测灵敏度可达 18.9fW,动态储备达到120dB。应用于飞秒时间分辨荧光 光谱测量,对超荧光干扰抑制效果明显,同时极大地提高了测量灵敏度并缩短动力学测量时 间至6min。 本文实现的OSA具有灵敏度高、体积小和性价比高等优点,适用于对微弱光谱 信号的高灵敏与快速检测分析。
英文摘要:
      To meet the need of multi-channel optical spectrum analysis of weak l ight signals in spectroscopic studies,a design scheme of 32-channel fiber array and lock-in amplifier based optical spectrum analyzer is presented.32-channel fiber array is used for transmitting the linear light si gnals,and the detected signals converted by photodetectors are processed by a 32-channel synchronous digital lock-in amplifier.The field programmable gate array (FPGA) based 32-channel synchronous digital lock-in am plifier is designed to realize the function of detection for weak light signals simultaneously.Considering the strong interference whose frequency is 1kHz in measurement of femtosecond laser spectroscopy,a notch fil ter with the center frequency of 1kHz is designed to improve the dynamic range of signal measurement.The designe d spectrum analyzer has a spectral range from 400nm to 1100nm and a spectrum interval of 4nm.Experimental results show that the 32-channel fiber array input optical spectrum analyzer can run with a channel isolation up to 80dB,input light noise of 37.9fW/Hz,sensitivity limitation as low as 18.9fW and dynamic reserve up to 120dB.The designed optical spectrum analyzer is applied for the measurement of femtosecond time resolved f luorescence spectroscopy,and the strong ability of suppression for super fluorescence is presented.Meanwhile,t he sensitivity is improved and the measurement time is reduced to 6min.The designed optical spectrum analyze r can achieve multi-channel synchronous detection and spectrum analysis of weak light signals,with the adva ntages of high sensitivity,small size and low cost.
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