基于M—Z干涉具的激光光谱探测技术研究

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1、第31卷第2期压电与声光VoI_31No．22009年4月PIEZOELECTECTRICS8LAC0UST00PTICSApr．2009文章编号：1004—2474(2009)02—0195—03基于M—Z干涉具的激光光谱探测技术研究刘海艳，薛尚峰(南京理工大学紫金学院，江苏南京210046)摘要：为了探测来袭激光光谱信息，设计了一种激光探测与光谱实时测量装置，以相干探测技术和傅里叶光学与光信号处理为基础，进行激光光谱测量。使用实心小型静态马赫一泽德干涉具作为分光元件，有效地抑制背景光，且能探测纳秒级窄脉冲

2、激光信号；用高速DSP芯片和多通道帧减技术实现实时信息处理，达到背景噪声去除、激光探测和光谱测量。测试结果表明，可探测激光脉冲宽度为10ns，波长测量误差小于10nm。关键词：傅里叶光学与光信号处理；马赫一泽德干涉具；相干探测技术；光谱测量中图分类号：TP751．2文献标识码：AResearchonLaserSpectrumDetectingTechnologyBasedonStaticMach-ZehnderInterferometerLIUHai—yan，XUEShang-feng(ZijinColleg

3、e，NanjingUniversityofScienceandTechnology，Nanjing210046，Chins)Abstract：Inordertodetectthecominglasersspectrum，akindofdeviceonlaserdetectingandrealtimespec—trummeasuringwasdesigned．ItmaseredthelaserspectrumonthebasiesofCoherentdetectingtechnologyandFourierop

4、ticsandopticalsignalprocessing．Usingsolid，smallandstaticMach-Zehnderinterferometerasthebeamsplittertorestrainthebackgroundlight，narrowlaserpulsecouldbedetected．TherealtimesignalprocessingwasrealizedbyDSPandmulti—channelframesubtration，whichwasusedtowipeofft

5、hebackgroundlight，detectthela—serandmeasurethespectrum．Theresultindicatedthat，10nslaserpulsecouldbedetected，andthemeasuringer—rorofthewavelengthwaslessthan10nm．Keywords：Fourieropticsandopticalsignalprocessing；Mach-Zehnderinterferometer；coherentdetectingtech

6、—nology；spectrummeasuring随着激光制导技术的发展和激光技术在军事是一对傅里叶变换[4]，即上的广泛应用，尤其是新的连续可调谐工作波长的∞(z)一IB()exp(j2nx)da(1)军用窄脉冲激光的逐步应用，使实时获取敌方来袭J一∞激光的光谱特征等时、空特性和类型变得更重要。B()一IJ(z)exp(一i2nvx)dx(2)J一∞当前激光告警技术面临的关键技术难题为：式中J()为双光束干涉强度分布；X为双光束问(1)探测纳秒级激光窄脉冲信号的灵敏度低。的光程差；B()为光源光谱强度分布；

7、为波数。因(2)获取来袭激光的类型和波谱特征较难。此，对干涉条纹进行傅里叶变换就可得到光源的光因此，相干探测法_1是目前最有效可行的方法谱信息[7]。之一。本文设计了一种基于双光束干涉傅里叶变换干涉具产生的干涉条纹是空间分布的周期信光谱探测技术的激光探测与光谱测量装置。利用光号，使用电荷耦合器件(CCD)将这种空间周期信号源在干涉仪中形成的空间干涉条纹与光源光谱分布变换为时域周期信号，再将时域周期信号经A／D转存在的傅里叶变换关系，求得光源光谱。该技术主换后，运用离散傅里叶变换(DFT)可求出入射激光要应用在

8、气体成分的光谱检测中，在检索到的国内的波谱特征和波长。外激光告警技术中也有应用。2系统构成与工作原理1光谱测量原理激光探测与光谱测量装置的系统构成如图1所当一束激光垂直照射到光谱仪的干涉具表面示。该装置中，线阵CCD置于聚焦透镜的焦平面时，由于激光的相干特性，在干涉具输出面处会产生上。入射激光通过输入透镜准直后，照射到装置的明暗相间的干涉条纹，干涉条纹与其光谱间的关系马赫一泽德(M-Z)干涉具表面，