傅里葉變換光譜分析儀（FT-OSA）

特性

• 基于邁克爾遜干涉儀的OSA
• 波長范圍：1000 - 2500納米
• 分辨率：在1550納米光波下為60皮米
• 附帶預裝軟件的臺式計算機

Thorlabs公司的光譜分析儀（OSA）是測量光源光功率與波長函數關系的通用儀器。該儀器功能豐富，應用廣泛，可用來分析寬帶光譜信號、增益芯片的F-P腔模數或長相干長度的單模外腔式激光器。

一般的OSA基本上都是基于光柵的單色儀。而Thorlabs公司的OSA是一種傅里葉變換光譜分析儀（FT-OSA），它在一個推/拉結構中采用了一個掃描邁克爾遜干涉儀，如下圖所示。該方法使這種全功能OSA還可以作為一個高精度的波長計。

設計原理

OSA203具有一個FC/PC型光纖輸入端口，可以使用**直徑為Ø50微米的單模和階躍折射率光纖。如有需要，我們也可以提供帶其它接口的特殊設計OSA。該儀器設計可以測量連續波光源，但也可以用于一些采用脈沖光源的應用之中。在輸入信號被準直后，信號光被一個分束器分為兩路分立的信號。這兩路光的光程差介于0到±40毫米之間。然后這兩路準直的光信號在到達分束器后發生干涉。

右圖所示的探測器部件記錄干涉圖樣，通常稱之為干涉圖。該干涉圖是輸入光光譜的自相關波形。通過對該波形進行傅里葉變換，就可以恢復出光信號的光譜信息。*后得到的光譜信息具有高分辨率和很款到波長覆蓋范圍，并且光譜分辨率與光延遲范圍相關。光譜的波長范圍由探測器和光學鍍膜的帶寬所限制。此外，我們系統的精度通過附帶的穩頻HeNe參考激光器保證，該激光器可以精確地測量光路長度的細微變化，使系統可以連續地進行自主標定。該過程為精確的光學分析提供了保證，這是基于光柵的OSA所不能實現的。

^a 我們也提供其它探測器。

^b 可以在0-9之間進行設置，并帶有自動選項可以估算相關的小數位。

^c需要經過30分鐘的預熱。帶有FC/PC接頭的單模光纖。

^d 光譜精度是指重復性，通過重復性可以用峰值搜索工具測量光譜特性。

^e 采用相同的輸入單模光纖進行所有測量。

^f在**功率模式中的位準確精度，填零= 2， 變跡= Hann。

^g 對于1000 - 2000納米光波下的OSA 203。

^h 在用**分辨率、**靈敏度和填零=0時的可探測能量/光譜數據點。

干涉圖數據采集

干涉圖數據處理

儀器產生的干涉圖從50萬到1600萬個數據點不等，這取決于所采用的分辨率和靈敏度模式設置。FT-OSA軟件可以分析輸入數據和從內部數據庫智能選擇優化FFT算法。

通過采用異步多線程的方法，經過多個用來產生光譜信息的處理階段來采集和處理干涉圖數據，可以實現額外的軟件性能。

軟件的多線程構架可以通過靈活適應計算機性能來平行管理多個操作任務，這樣就保證了處理器**的帶寬使用。我們的每個FT-OSA儀器都附帶一臺臺式計算機，該計算機經過進行挑選，能夠保證**的數據處理和用戶界面操作。

波長計模式

W當分析窄帶光信號時，FT-OSA會自動計算輸入信號的中心波長，并顯示在當前整體光譜的主顯示區下方的窗口中。中心波長λ是通過計算從輸入和參考激光得到的干涉條紋數來計算得到的，具體如下式：

其中，m₀ 為HeNe參考激光的條紋數，m為位置輸入信號的條紋數，n₀ 為參考激光波長下的空氣折射率，n_λ 為波長λ下的空氣折射率，而λ₀ 則為HeNe參考激光的真空波長。

FT-OSA作為波長計時的分辨率基本上比系統作為寬帶分光儀時要高，這是因為該系統可以根據鎖相回路倍增器設定的極限來分辨條紋的邊緣。在實際應用中，系統的分辨率由未知輸入信號的帶寬和結構、探測器的噪聲、參考激光器的漂移、干涉儀準直和其它系統錯誤所限制。經過測試該系統在近紅外波段可以實現低于±0.2皮米的測量精度（請參考規格標簽了解詳細規格）。

其軟件可以評估未知輸入光的光譜，從而確定合適的顯示分辨率。如果數據不可信，如多峰值光譜，該軟件會關閉波長計模式，從而防止錯誤結果的產生

波長校準和精度

這些FT-OSA儀器結合了真空波長為632.9913納米的穩定HeNe參考激光器。采用穩定HeNe激光器保證了長期波長精度，這是因為穩定HeNe激光器的動態是已知的并可以對其有效地進行控制。

這些儀器在出廠前經過對準，從而使參考光束和未知輸入光束在干涉儀進行掃描時經歷相同的光程長度變化。任何殘余對準誤差對波長測量的影響都小于0.5皮米；輸入光束的瞄準精度是由高精度陶瓷插座和魯棒干涉腔設計保證。該干涉儀中沒有采用任何光纖。參考激光器在空氣中的波長針對每種測量都通過配合儀器內部傳感器進行溫度和壓力的數據采集，用Eldén公式進行了仔細計算。

對于用戶在可見光波段光譜的操作，相對濕度（RH）對空氣折射率的影響會改變測量的精度。為了補償這種效應，其軟件可以手動設置相對濕度。在紅外波段，濕度的影響效應可以忽略。

動態范圍

OSA的動態范圍被定義為本底噪聲，即測量窄帶激光光源時峰值為500GHz。下表提供了1500納米下OSA203動態范圍的的一些實驗值。

**功率和功率密度

光譜的縱軸可以顯示為**功率或功率密度，它們都可以用線性或對數刻度進行標示。在**功率模式下，總功率是基于儀器對某特定波長的實際分辨率進行顯示的；我們推薦只在測量窄帶光譜輸入光時采用該設置。對于寬帶器件，我們推薦使用功率密度模式。在功率密度模式下，縱軸是以每單位波長的功率值進行顯示的，而單位波長則基于固定波長帶并且與儀器的分辨率設置無關。

分辨率和靈敏度

OSA等儀器的分辨率取決于干涉儀中兩路光路的光程差（OPD）。用波數（單位為厘米的倒數）來解釋該參數比用波長或頻率更易于理解。

假設您有兩個光源（激光），它們的中心波長非常相近：分別為6500 cm^-1 和6501 cm^-1。為了在干涉儀中區分它們的信號光，其中一路光需要從零光程差（ZPD）點移動1厘米。我們的OSA系統可以進行±4厘米的光程差變化，使其能夠分辨*小為0.25 cm^-1的光譜差異。該儀器的分辨率可以由下式進行計算

其中Δλ為分辨率（該儀器**分辨率為0.25 cm^-1），單位為皮米，光程差Δk的單位cm^-1，波長λ的單位為微米。

用OSA軟件可以調高或降低儀器分辨率。高分辨率對應反射器的±1厘米（對應光程差變化為±4厘米）的**反射器位移，而低分辨率則對應應反射器的±0.25厘米（對應光程差變化為±1厘米）的反射器位移。通過OSA軟件，光譜計算中使用的干涉圖長度可以被分割，從而將分辨率降低到用戶的期望值。

儀器的靈敏度取決于傳感器電路中采用的電子增益。由于提高增益會使探測器的帶寬降低，因此在更高增益設置下一起將降低運行的速度。

OSA在運行速度更低時還可以采樣更多的數據點/OPD。數據采樣通過內部穩定HeNe激光器的參考信號進行觸發。其中一個位相鎖定回路可以對HeNe的周期倍增到128倍，從而實現**的靈敏度模式。該模式對于被測光為寬帶光和強度較弱時是非常實用的。這樣一來，在ZPD點的干涉圖中，很短的間隔就包含了所有光譜信息。這通常被稱為零點飽和。

基本設置

Thorlabs的OSA光譜分析儀可以通過一對折疊鏡和RC08FC-P01反射式準直器來分析自由空間光源。在本例中，我們將1532納米氦氖激光器發射光束耦合進OSA202光譜分析儀。

耦合設備