光谱分析仪实验指导书(用)

综合性实验指导书

实验名称：光谱分析仪的了解及使用

综合性实验

涉及课程和知识点：涉及到《物理光学》课程中光的相关知识，《光纤通信》课程中光纤、有源器件、无源器件等光纤通信的基本理论。

计划学时：4学时

一、实验目的

1 理解光谱分析仪的基本工作原理和性能特点。

2 了解光谱分析仪的基本功能操作方法。

3 掌握运用光谱分析仪测量LD光源参数的使用方法。

4 了解FBG温度传感器的传感特性，并结合光谱分析仪测量温度。

二、实验内容

使用的光谱分析仪（OSA – Optical Spectrum Analyzer）购买于上海横河国际贸易有限公司，型号为AQ6317C。该仪器可用来测量LD、LED等光源的频谱，以及光缆、滤光器等的损耗波长特征及传输特征。它可以进行近红外线区的光谱分析，测量波长范围为600nm到1750nm。该仪器不仅具有高分辨率、高灵敏度、高精确度、宽动态范围以及精确的线性等基本性能，而且还拥有许多其它功能，如三维显示、各种数据加工功能及程序测量功能。在数据输出方面，该仪器能够通过内置的高速打印机将屏幕内容做成硬拷贝，并通过内置软盘读/写波形及程序。另外，它还装有标准配置GP-IB以进行充分的远程控制。该仪器的安全运行温度范围为+5°C到+40°C。

1 光谱分析仪的基本工作原理

光谱分析仪是基于光分散的基本原理，这主要是通过其内部单色仪来实现的。光栅单色仪是用光栅衍射的方法获得单色光的仪器，它可以从发出复合光的光源（即不同波长的混合光的光源）中得到单色光，并且可以通过光栅一定的偏转角度得到某个波长的光，它的基本结构如右图所示。从输入光阑进入的光经准直镜反射后变成平行光，然后进入光栅，构成光栅的扁平镜表面有许多凹槽，它使不同波长的光产生不同角度的反射。因此，我们调整

聚焦镜使它只能接收特定角度的反射光。调整输出光阑到某一确定位置，使聚焦镜的光聚焦到这一位置，这样就只能使某些特定波长成分的光通过输出光阑。通过旋转光栅（单色仪光栅的角度由一台步进电机控制），可以改变通过光阑的光波波长，

同时通过改变输入光

阑和输出光阑的宽度

可以改变波长分辨率。

除此之外，该仪器还具

有一个特点，即在不使

用输入光阑时光纤的

纤芯可以起到光阑的

功能。对于准直镜和聚

集镜而言，远离轴线的

轴线抛物面镜都用来

抑制色散。输入部分的

去极化部件将输入光转换成自由偏振状态，因此降低了对偏振的依靠。

光谱分析仪的电路结构如下图所示。

从光输入连接器进入的所有光中，只有处在单色仪测量范围之内的波长成分才能通过，并且被光接收器转换为电信号，然后放大电路将它放大到适合A/D变换的能级，通过A/D变换电路将放大的电信号变换成数字信号。控制电路由一个32位的CPU和一个16位CPU组成，CPU1对所有部件进行控制，包括键盘输入，GP-IB端口，显示部件和打印机，同时CPU2控制单色仪、光接收机、放大电路和A/D转换电路。

2 AQ6317C光谱分析仪的性能特点

◆测量波长范围：600nm到1750nm；

◆波长分辨率：最大0.015nm以上；

◆动态范围：60dB （peak±0.2nm） 70dB （peak±0.4nm）；

◆波长精确度：±0.02nm；

◆偏振相关性：±0.05dB；

◆功率测量精确度：±0.3dB；

◆功率线性精确度：±0.05dB（-50到+10dBm）。

3 AQ6317C光谱分析仪面板名称及功能

AQ6317C光谱分析仪前面板和后面板的结构分别如下图所示，功能描述如下表。

1 2 3 4

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前面板

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19 20 21

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后面板

面板功能介绍

4 功能键简介

[FUNCTION]（功能）区进行与测量各个方面(扫描、测量条件、数据分析以及各种功能)相关的设定，如下图。

各功能键描述如下：

CENTER ：设置中心波长；SPAN ：设置扫描波长范围；

LEVEL ：功率相关设置；SWEEP ：设置测量扫描的开始/停止等功能； SETUP ：进行分辨率及灵敏度等测量条件的设置；DISPLAY ：显示设置； TRACE ：轨迹A 、B 、C 设置及每个轨迹上的相应设置；

MARKER ：设置标记；PEAK SEARCH ：自动检测峰值或波谷波长； ANALYSIS ：对波形进行分析；USER ：用户设置键；

MEMORY ：内部存储器中数据存储及恢复；

FLOPPY ：在软盘中存储或从软盘中恢复数据；

PROGRAM ：编程及程序的执行；ADVANCE ：特殊功能键（如光功率计）； SYSTEM ：系统相关设置。

5 实验内容

5.1 开机校准

AQ6317C 光谱分析仪内部有一个波长为1530nm 的标准光源，用于校准波长。当使用该光源校准时，用一根单模光纤把光输入连接器和标准光源光输出连接器连接起来，使标准光源发出的光进入光输入接口。

（1）打开电源后，进行光路校准。按下[SYSTEM]（系统）功能键，显示软控键菜单。按下软控键菜单中的〈MORE 1/3〉键，显示一级软控键子菜单。

键用于调整本仪器里使用的单色仪光系统的光轴，

使用的光源必须是安装在仪器内部的标准光源。按下此键，显示二级软控键子菜单。按下键，自动执行光轴调节。在执行期间，窗口处于持续打开状态，此键反白显示；波长校准完后，窗口消失，重新显示一级软控键子菜单。

（2）波长校准。一级软控键子菜单中的键用于校对波长。按下此键时，屏幕上就会出现一个包含信息的窗口，同时显示二级软控键子菜单。按键，设定要进行波长校准的光源为内部光源；然后，按下键，执行波长校准。在校准期间，窗口处于持续打开状态，此键反白显示。完成波长校准后，窗口消失，重新显示一级软控键子菜单。此时，屏幕上显示按下键前的波形。

5.2 基本测量

5.2.1 用[SWEEP]功能键和键测量

在不知道波长和输入光的能级时，使用键进行测量。

（1）将待测量光源连到[OPTICAL INPUT]连接器上。

（2）按下[SWEEP]功能键，显示软控键菜单。按下键，根据输入光自动将测量条件设定到最佳状态。按下此键，屏幕将反向显示软键，并获得适合测量输入光的最佳条件（中心波长、扫描宽度、参考能级以及分辨率）。之后，继续反向显示（重复）键，进行重复扫描。

（3）停止扫描，按下键。

5.2.2 用手动操作测量

如果用键测量得不到所希望的测量条件，可用[FUNCTION]区的开关手动设定每个测量条件。以LD（激光二极管）光源（波长：约1310nm，能级：约-10dBm）测量为例，步骤如下：

（1）将待测LD光源连到[OPTICAL INPUT]连接器上。

（2）按下[CENTER]功能键，显示软控键菜单。按下

键，在中断区用旋钮或步进键设定光源的中心波长。在本例中，将平均波长设为1310nm。对于该设置，可以在十键区输入[1][3][1][0] [nm/ENTER]。

（3）按下[SPAN]功能键，显示软控键菜单。按下键，在中断区用旋钮或步进键设置一个比LD光源谱宽更宽的扫描宽度。在本例中，将扫描宽度设为5nm。可以在十键区输入[5][nm/ENTER]。

（4）按下[LEVEL]功能键，显示软控键菜单。按下键，在中断区用旋钮或步进键将光源能级设到参照能级上。在本例中，在参照能级中设–10dBm。可以在十键区输入[–][1][0] [nm/ENTER]或[mm/ENTER]。

（5）按下[LEVEL]功能键，显示软控键菜单。按下键，在中断区用旋钮或在十键区将能级标尺设为5dB/VID。可以在十键区输入[5] [nm/ENTER]或[mm/ENTER]。

（6）按下[SETUP]功能键，显示软控键菜单。按下键，在中断区用旋钮或步进键将分辨率设为0.01nm。可以用十键区输入