| 發布日期：2023-03-13 |
實驗背景
隨著激光器的制作工藝的完善和成本的降低，激光器已被廣泛應用于光纖通信、測量技術、醫療、生物工程等多個技術領域，在這些領域中，使用者對激光器的各項性能指標越來越關注。
激光器的中心波長、半高寬和功率大小是其重要的性能指標。由于半導體激光器所發出的激光具有一定的發散角，故需采用積分球結合光譜儀和功率計的方式去測量。積分球具有獨特的幾何結構，激光在積分球內經過多次漫反射后可以形成均勻的光強分布，激光束功率的測量則不受激光束偏振及校準的影響。
光源在植物照明、生物醫療成像、人體健康等方面應用廣泛，光源的光譜是決定該光源使用特性的重要參數。LED植物照明光源，光譜對植物光合作用和形態建成的影響以及光照強度對植物生長情況的影響。分析太陽光譜的變化情況、不同光譜波段對人體生理健康的影響，以及光照對一些疾病的治療作用。分析光照對人類睡眠的影響，引導人們合理選擇人造光源，確保睡眠健康。
采用光纖光譜儀對激光/光源可進行精確、快速的波長和半峰寬的實時監測，相較于通常用來測量激光參數的波長計和掃描F-P腔方法，使用光纖光譜儀得到的信息更為完整，能同時測得激光的絕對波長和激光光譜的形狀，并且儀器體積小巧，易集成到系統中，在生產線上操作；相較于傳統的光譜儀，MS11639光纖光譜儀相較于傳統光譜儀的光學結構更加簡單，測量更加精確，并且可以脫離樣品池的限制，實現實時實地測量。
實驗原理
光譜儀一般由分光系統、接收系統和數據處理系統組成，其工作原理是將光源發出的復色光按照不同的波長分離出來，配合各種光電探測器件對譜線強度進行測量，獲得光譜強度（輻射）分布，半峰寬等光色性能參數。
實驗設備
測量方法
光源測量方法一：光譜儀+光纖+積分球+采樣支架
1、連接系統如圖2所示：激光器連接5V電源適配器，用光纖一端連接激光器，另一端連接到積分球上端光纖接口處。另一根光纖把積分球側面接收端口與光譜儀MS11639相連接。用USB數據線將光譜儀與電腦相連。
圖2.激光測量系統裝置搭建
2、打開光譜采集軟件，選擇僅光譜儀模式。
3、點擊“單次”按鈕采集暗光譜，后點擊“保存暗光譜”以扣除暗背景。
4、打開激光器，點擊“連續”測量按鈕使激光常亮，調節積分球上端激光發射口與積分球的距離、激光器的功率、積分時間與平均次數等條件使得軟件上呈現較好的激光特性譜圖，并讀取譜圖中數據。
圖3.785nm激光器測試參數圖
從圖中可以得出激光器的中心波長位于784.639 nm處，激光呈現出較好的單一性，其半峰寬為1.970 nm。
光源測量方法二：光譜儀+光纖+可調光衰器
1、連接系統如圖4所示：用光纖一端連接氘鎢燈DH2000-Mini，另一端接到可調光衰器處，再用另一根光纖連接可調光衰器與光譜儀，用USB數據線將光譜儀HS4096與電腦相連。
圖4.光源測量系統裝置搭建
2、打開氘鎢燈DH2000-Mini，預熱5分鐘。
3、打開光譜采集軟件，選擇僅光譜儀模式。
4、點擊“單次”按鈕采集暗光譜，后點擊“保存暗光譜”以扣除暗背景。
5、點擊“連續”測量按鈕，通過可調光衰器調節光源強弱，調整積分時間與平均次數等條件使得軟件上呈現較好的光源特性譜圖，并讀取譜圖中數據。
圖5.DH2000-Mini測試參數圖
選用HS4096 200-850nm的光譜儀測試氘鎢燈的光譜，靈敏度高。快速獲取氘鎢燈的光譜特性，以便指導實際生產應用。
光源測量方法三：光譜儀+光纖
1、連接系統如圖6所示：用光纖一端連接532nm可調激光器，另一端光纖連接光譜儀HS4096，用USB線將光譜儀與電腦相連。
圖6.光譜測量系統裝置搭建
2、打開光譜采集軟件，選擇僅光譜儀模式。
3、點擊“單次”按鈕采集暗光譜，后點擊“保存暗光譜”以扣除暗背景。
4、打開532nm可調激光器，點擊“連續”測量按鈕，通過旋鈕調節功率大小，調整積分時間與平均次數等條件使得軟件上呈現較好的激光器光譜圖，并讀取譜圖中數據。
從圖中可以得出激光器的中心波長位于531.955nm處，激光呈現出較好的單一性，其半峰寬為0.705nm。
光源測量方法四：光譜儀+光纖+積分球
1、連接系統如圖7所示：用光纖一端連接積分球，另一端連接光譜儀，用USB線將光譜儀XS11639與電腦相連。
2、打開待測光源，預熱3-5分鐘。
3、打開光譜采集軟件，選擇僅光譜儀模式。
4、點擊“單次”按鈕采集暗光譜，后點擊“保存暗光譜”以扣除暗背景。
5、積分球接收端對準待測光源，點擊“連續”測量按鈕，調整積分時間與平均次數等條件使得軟件上呈現較好的光源特性譜圖，并讀取譜圖中數據。
圖7. 光源測量系統裝置搭建
光源測量方法五：光譜儀+光纖+余弦校準器
1、連接系統如圖9所示：用光纖一端連接余弦校準器，另一端連接光譜儀，用USB數據線將光譜儀MS11639與電腦相連，余弦校準器對準待測光源。
圖9.光源測量搭建系統
2、打開光源，預熱3-5分鐘。
3、打開光譜采集軟件，選擇僅光譜儀模式。
4、點擊“單次”按鈕采集暗光譜，后點擊“保存暗光譜”以扣除暗背景。
5、余弦校準器對準待測光源。點擊“連續”測量按鈕，通過旋鈕調節光源強弱，調整積分時間與平均次數等條件使得軟件上呈現較好的光源光譜圖，并讀取譜圖中數據。
光源測量方法六：光譜儀直接對光源
1、如圖所示，光譜儀取下SMA905保護帽，直接測試光源。
圖10. 532nm激光器測量光譜
2、打開光譜采集軟件，選擇僅光譜儀模式。
3、點擊“單次”按鈕采集暗光譜，后點擊“保存暗光譜”以扣除暗背景。
4、打開激光器，光譜儀SMA905接口處對準待測激光器。點擊“連續”測量按鈕，調整積分時間與平均次數等條件使得軟件上呈現較好的激光器光譜圖，并讀取譜圖中數據。
實驗結論
通過利用積分球、光譜儀與光纖搭建的激光光學參數的測量系統可以準確簡單、快速方便地測量出激光器的中心波長與半峰寬等信息；光源和光譜儀耦合，獲取光源的光譜特性。
配件推薦
如海光電余弦校正器可分別與光譜儀或光纖耦合，接口為標準SMA905，是用于光譜輻射（200-2500nm）取樣的光學元件，用于收集180°立體角內的輻射（光線），從而消除了其它取樣裝置中由于光線收集取樣幾何結構限制所導致的光學耦合問題。適用于測量太陽輻射、LED光、激光、環境光和其它發光光源。
如海設計的積分球通過9.5mm入光口來接收光能量（波長范圍200~2500nm），再經過內部漫反射后，將均勻的光能量傳送到輸出端口。輸入端口采用SMA905連接器，可直接耦合到光譜儀中，方便使用。
積分球采用卜型設計，內膽采用聚四氟乙烯（PTFE）材質，不會因為與空氣發生氧化反應而發黃變質；內膽尺寸可選25mm、38mm及50mm直徑，該產品可用于測量發光二極管等光源的光譜特性，光通量，色溫，光譜分布等參數，也可以輔助水果、葉片、紡織品等樣品的反射光譜測量。
