摘要：隨著激光在工業(yè)加工、通信、測量、以及醫(yī)療科研等眾多領(lǐng)域越來越廣泛的應用，方便快捷的測量激光器波長也正成為一種迫切的需求。本文以荷蘭Avantes公司的微型光纖光譜儀AvaSpec-2048為例，介紹微型光譜儀在測量激光波長方面的應用。 1.引言 目前測量激光波長參數(shù)的儀器大致分為三類，一類是波長計，功能簡單，操作方便，精度也比較高，但是一般只能讀出波長數(shù)據(jù)，當激光器是多波長或者光譜較寬時，測量有可能不準確；一類是掃描FP腔，主要是研究激光器的光譜形狀，一般不給出波長的絕對數(shù)值；還有一類就是光譜儀，它給出激光的絕對波長值也給出激光光譜的形狀。本文將以Avantes公司的微型光纖光譜儀AvaSpec2048為例，介紹微型光譜儀在測量激光波長方面的應用。 2.1 儀器原理 荷蘭Avantes公司的AvaSpec2048光纖光譜儀，采用對稱式光路設(shè)計，焦距75mm，包括光纖接頭（標準SMA接口，也可以選擇其它類型的接口）、準直鏡、衍射光柵、聚焦鏡和Sony ILX554型2048像素線陣CCD探測器，測量波長范圍2001100nm，最高分辨率0.04nm，提供USB1.1 或USB2.0 接口、RS232接口和I/O外觸發(fā)接口。 圖1 AvaSpec2048FT光譜儀的光學平臺2.2 性能介紹 2.2.1 外觸發(fā)功能 AvaSpec2048FT型光譜儀可以工作在連續(xù)測量狀態(tài)，也可以工作在外觸發(fā)模式下。當時用外觸發(fā)模式時，在接受外觸發(fā)信號之后1.3微秒開始測量。在開始測量的同時，光譜儀還可以輸出一個TTL信號來觸發(fā)其他光源，比如脈沖激光器或者氙燈等。這一點在測量脈沖激光器波長測量，尤其時激光重復頻率比較低時（比如每秒鐘1次）非常有用。此外，在AvaSoftFull軟件還可以設(shè)置光譜儀輸出TTL信號與開始測量光譜之間的時間延遲，延遲時間從42ns到2.7ms可調(diào)。 圖2 AvaSpec2048FT 光譜儀外觸發(fā)時序圖t1= 從收到外觸發(fā)信號到發(fā)出TTL電平， 1.3us t2=從發(fā)出TTL 電平到開始測量, 42ns– 2.7ms 可調(diào),步長42ns tint= 積分時間, 2.0ms – 60sec可調(diào) 2.2.2 多通道間同步采樣 AvaSpec2048光譜儀可以配置成雙通道或多通道（USB1.1 平臺最多8 個通道，USB2.0 平臺最多128通道），整臺光譜儀采用主從電路板控制，各通道間可實現(xiàn)真正意義上的同步數(shù)據(jù)采集。 圖3 AvaSpec2048FT8八通道光譜儀由于每個通道均包括一個獨立的光學平臺，各通道的光譜分辨率和光譜范圍都可以靈活選擇。我們既可以選擇多個通道覆蓋全部的200～1100nm波長范圍，也可以只覆蓋紫外部分、可見或近紅外部分，如何選擇完全取決于用戶的興趣和需要。比如綠光激光器用戶可以選擇覆蓋532nm和1064nm兩個波長附近的波段就足夠了。這樣就在很經(jīng)濟的成本下獲得了足夠的分辨率。 2.2.3 強大的歷史通道功能 在AvaSoftFULL軟件中的History功能，使我們可以很方便的監(jiān)視激光波長、幅值、波峰數(shù)目等參數(shù)隨時間的變化，甚至我們還可以自定義一些參量，并觀察它們隨時間的變化。同時，USB2平臺的光譜儀還附帶了模擬和數(shù)字輸出，這些模擬和數(shù)字輸出口的值可以對應于History中定義的函數(shù)。 2.3 測量方法 測量激光波長是光譜儀最簡單的一項應用。使用時只要安裝軟件AvaSoftFULL使用USB線或RS232線纜將光譜儀與計算機連接使用光纖將待測光信號耦合進光譜儀，運行軟件就可以得到光譜數(shù)據(jù)。 2．3．1 連續(xù)激光器 對于連續(xù)激光器來說，測量尤為簡單。運行軟件后，設(shè)置合適的積分時間，如下圖所示，就可以得到一個合適的光譜圖。下圖－4是一個日光燈光譜。 圖4為了使測量的激光峰值波長更為準確，需要正確的設(shè)置Setup 下的Smoothing and Spline 參數(shù)，具體可以按照軟件手冊中的說明操作。在測量激光時應該注意的是，由于激光功率都很強，一般不直接把激光耦合進光纖，而是將激光打在一個屏上，使用光纖接受從屏散射的一點光就可以了。 2．3．2脈沖激光器 對于重復頻率比較高（比如100次/秒以上）的脈沖激光，可以使用把它當成一個連續(xù)激光來測量。而重復頻率比較低，或者個別的需要測量單脈沖的情況下，為了準確地和脈沖同步，光譜儀最好工作在外觸發(fā)模式下。如下圖－5所示。 在外觸發(fā)模式下，我們可以選擇上升沿觸發(fā)（Edge Triger），也可以選擇高電平觸發(fā)（Level Triger），在上升沿觸發(fā)模式下，只要光譜儀的觸發(fā)管腳（DB15的第4管腳或者DB26的第6管腳）接收到一個上升沿后1.3μs光譜儀開始一次測量；而使用高電平觸發(fā)則只要觸發(fā)管腳是高電平，光譜儀就一直不斷的測量。2．3．3監(jiān)測激光波長隨時間變化 要監(jiān)測激光波長隨時間的變化，需要首先在History > Function Entry 中如圖－6 設(shè)置參數(shù)。然后選擇History > Start Measuring就可以看到激光波長隨時間變化的曲線了。4．結(jié) 論 使用AvaSpec2048光譜儀進行激光波長測量，具有功能強大，性價比高、測量精度高、測量速度快、操作簡單等特點，而且體積小巧，方便集成到系統(tǒng)中進行在線監(jiān)測。