衆所周知，電磁波有四個(gè)基本參量：幅值、頻(pín)率、相位和(hé)偏振态。那麽對(duì)于光(guāng)信号，它的(de)幅值代表了(le)亮度，頻(pín)率代表了(le)顔色。其中亮度很容易通(tōng)過光(guāng)功率計來(lái)測量，簡單的(de)波長(cháng)值可(kě)以通(tōng)過光(guāng)譜儀或者波長(cháng)計來(lái)檢測。市面上光(guāng)譜儀基于光(guāng)纖光(guāng)栅原理(lǐ)其分(fēn)辨率一般是20pm（2GHz），即使是波長(cháng)計也(yě)隻有1pm（100MHz）。随著(zhe)科學研究的(de)發展，光(guāng)譜儀更高(gāo)精細度的(de)檢測越來(lái)越受到大(dà)家的(de)歡迎。下(xià)面簡單介紹一款基于高(gāo)速掃描光(guāng)源的(de)相幹光(guāng)譜分(fēn)析儀，其分(fēn)辨率理(lǐ)論值可(kě)以到KHz級别，而且由于相幹接收機的(de)高(gāo)靈敏度，該方案也(yě)可(kě)以直觀檢測微弱光(guāng)信号的(de)精細光(guāng)譜。

由于光(guāng)通(tōng)信技術的(de)高(gāo)速發展，波長(cháng)連續可(kě)調諧光(guāng)源和(hé)相幹接收機技術已十分(fēn)成熟。可(kě)調諧光(guāng)源的(de)線寬常規100KHz級别(特殊的(de)20KHz)，外腔激光(guāng)器的(de)掃描速度一般62.5GHz/s,後面根據這(zhè)些參數會估算(suàn)其光(guāng)譜分(fēn)辨率。相幹光(guāng)譜分(fēn)析儀結構圖如下(xià)：

 備注：掃描光(guāng)源可(kě)工作在感興趣的(de)波長(cháng)範圍；平衡相幹探測可(kě)盡大(dà)可(kě)能減小探測噪聲，提高(gāo)測量信噪比。

首先假設輸入光(guāng)信号如下(xià)：

  

As（t）爲輸入光(guāng)信号強度，υs爲光(guāng)頻(pín)率，Фs（t）爲光(guāng)相位

本征光(guāng)信号如下(xià)：

ALo（t）爲輸入光(guāng)信号強度，υLo爲光(guāng)頻(pín)率，ФLo（t）爲光(guāng)相位

假定低通(tōng)濾波器的(de)瞬态響應爲高(gāo)斯形态，則差分(fēn)探測光(guāng)電流如下(xià)：

    R爲光(guāng)電探測器靈敏度，ψ爲輸入光(guāng)和(hé)本征光(guāng)的(de)耦合相位，γ是頻(pín)率掃描速率

    根據此可(kě)很容易分(fēn)析出待測輸入光(guāng)光(guāng)譜。

那麽相幹光(guāng)譜分(fēn)析儀的(de)光(guāng)譜分(fēn)辨率如何來(lái)估算(suàn)呢(ne)，首先其主要取決于本振光(guāng)線寬和(hé)低通(tōng)濾波器的(de)帶寬，具體關系如下(xià)：

       

若低通(tōng)濾波器帶寬是500kHz，γ是62.5GHz，那麽光(guāng)譜分(fēn)辨率接近125KHz。

實驗條件：

本征光(guāng)：波長(cháng)範圍C段，保偏輸出功率20mw，線寬100KHz，掃描速度62.5GHz/s,相對(duì)強度噪聲＜-155dB/Hz；

待測光(guāng)：1550nm單頻(pín)激光(guāng)

低通(tōng)濾波器：帶寬500KHz

ADC：采樣速率5MHz，采樣精度12位，對(duì)應采樣間隔31.25KHz（高(gāo)于光(guāng)譜分(fēn)辨率）

測試結果：

光(guāng)電流響應曲線：

輸入光(guāng)譜：

很顯然，光(guāng)電流的(de)響應曲線和(hé)理(lǐ)論值很接近，其強度正比于cos（πγt²+ψ）

另外如果輸入光(guāng)的(de)相位變化(huà)是線性變化(huà)，那麽該方法還(hái)可(kě)以一起将其提取出來(lái)。但是實際情況由于本征光(guāng)在掃描時(shí)其相位并不連續，特别是在大(dà)範圍掃描。

下(xià)面是調制後RZ和(hé)NRZ光(guāng)譜對(duì)比圖：

普通(tōng)光(guāng)譜儀測試圖：

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