光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)LabVIEW软件设计及应用

• 作 者: 陈明星
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2010年期

将光纤技术与传统傅里叶变换光谱技术结合起来的光纤傅里叶变换光谱仪(Fiber Fourier Transform Spectrometer,FFTS)采用全光纤干涉仪代替传统干涉仪具有抗电磁干扰、小型化、扫描速度快、高波数精度和高分辨率等优点。光谱测量与分析软件是光谱仪的关键部分之一,其设计的优劣直接影响到光谱仪的测量精度。虚拟仪器为用户提供了自定义并创建具有开放式构架的测量和控制的能力。LabVIEW软件具有很强的数据采集和信号处理能力,基于LabVIEW软件数据流和模块化的编程思想,利用LabVIEW软件开发了一套光纤傅里叶变换光谱测量系统,并将该系统应用于光纤Bragg光栅解调。　　
本文首先从FFTS的基本原理出发,研究了干涉图均匀抽样、切趾、相位误差校正数据处理技术和光谱分辨率。完成了FFTS干涉图数据连续采集、截取与处理的LabVIEW软件功能模块和界面设计,实现了光谱测量。　　
其次,分析了光纤色散和光纤双折射效应对光谱测量结果的影响,提出了校正方案并通过实验验证。对宽带ASE光源、FP激光器和DFB激光器的三种类型光源光谱进行了测量。　　
最后,将基于LabVIEW的FFTS光谱测量系统应用于光纤光栅应变和温度解调。设计了基于AD8221的光电微弱信号探测电路,能够精确地测量到10cm空气光程调制下的光纤光栅反射谱,其单边光谱最高分辨率能达到0.05 cm-1；设计了基于LabVIEW的高斯曲线拟合和半高宽测量模块；设计了基于等强度悬臂梁的光纤光栅解调方案并进行了解调实验。利用基于半导体制冷片的温控装置实现光纤光栅温度调谐,在0.05 cm-1光谱分辨率下完成了基于FFTS的温度解调实验。　　
解调结果表明,光栅反射峰波长移动范围达到了4.4 nm,峰值波长随应变的线性度很高(R=0.99995),且实验过程中无谱线展宽。另外,将所有测量的光谱和解调的光纤光栅灵敏度曲线与光栅光谱仪测的结果进行对比,有较好的一致性。