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1 简介

目前，测量激光波长参数的仪器大致分为三类。 一种是波长计微型光纤光谱仪，功能简单，操作方便，精度比较高，但一般只读出波长数据。 当激光具有多个波长或宽光谱时，测量可能不准确； 一种是扫描型FP腔，主要研究激光的光谱形状，一般不给出波长的绝对值； 另一种是光谱仪，它给出了激光的绝对波长值和激光光谱。 形状。 本文将以Avantes的微型光纤光谱仪AvaSpec-2048为例，介绍微型光谱仪在激光波长测量中的应用。

2.1 仪器原理

荷兰Avantes的AvaSpec-2048光纤光谱仪采用对称光路设计，焦距75mm，包括光纤接头（标准SMA接口，也可选择其他类型接口）、准直镜、衍射光栅、聚焦镜和Sony ILX554B型2048像素线阵CCD探测器，测量波长范围200-1100nm，最高分辨率0.04nm，提供USB1.1或USB2.0接口、RS-232接口和I/O外触发接口。

图1 AvaSpec-2048FT光谱仪光具座

2.2 性能介绍

2.2.1 外触发功能

AvaSpec-2048FT光谱仪可工作在连续测量状态或外触发模式。 使用外触发方式时，接收到外触发信号后1.3微秒开始测量。 在开始测量的同时，光谱仪还可以输出 TTL 信号以触发其他光源，例如脉冲激光或氙灯。 这在测量脉冲激光的波长时非常有用，尤其是当激光重复率相对较低（例如每秒 1 次）时。 此外，AvaSoft-Full软件还可以设置光谱仪输出TTL信号到开始测量光谱之间的时间延迟，延迟时间从-42ns到2.7ms可调。

图2 AvaSpec-2048FT光谱仪外触发时序图

t1=从接收到外部触发信号到发送TTL电平，1.3us

t2=从发送TTL电平开始测量，-42ns ?C 2.7ms可调，步长42ns

tint=积分时间，2.0ms ?C 60sec可调

2.2.2 多通道间同步采样

AvaSpec-2048 光谱仪可以配置为双通道或多通道（USB1.1 平台最多 8 个通道，USB2.0 平台最多 128 个通道）。 同步数据采集。

图3 AvaSpec-2048FT-8 八通道光谱仪

由于每个通道都包含独立的光具座，因此可以灵活选择每个通道的光谱分辨率和光谱范围。 我们可以选择多个通道来覆盖200-1100nm的整个波长范围，或者只覆盖紫外部分、可见光或近红外部分。 如何选择完全取决于用户的兴趣和需求。 比如绿光激光用户可以选择覆盖532nm和1064nm这两个波长附近的波段，就足够了。 以这种方式，以非常经济的成本获得了足够的分辨率。

2.2.3 强大的历史通道功能

AvaSoft-FULL软件中的History功能可以让我们轻松监控激光波长、振幅、峰值数等参数随时间的变化。 我们甚至可以自定义一些参数并观察它们随时间的变化。 同时，USB2平台上的光谱仪还配备了模拟和数字输出，这些模拟和数字输出端口的值可以对应History中定义的功能。

2.3 测量方法

测量激光的波长是光谱仪最简单的应用。 使用时，只需按照以下步骤操作：

1.安装软件AvaSoft-FULL

2. 用USB 数据线或RS232 数据线将光谱仪连接到电脑。

3、待测光信号通过光纤耦合到光谱仪微型光纤光谱仪，运行软件即可得到光谱数据。

下面介绍不同类型激光器的测量方法。

2.3.1 连续激光器

对于 CW 激光器，测量特别简单。 运行软件后，设置合适的积分时间，如下图所示，即可得到合适的光谱。 图4是荧光光谱。

图4 荧光灯光谱

为了使测得的激光峰值波长更加准确，需要在Setup下正确设置Smoothing和Spline参数，按照软件说明书中的说明操作即可。 测量激光时需要注意的是，由于激光功率很强，一般不会将激光直接耦合到光纤中，而是将激光射到屏幕上，光纤接收一点光从屏幕散落。

2.3.2 脉冲激光器

对于重复频率比较高（如100Hz以上）的脉冲激光，可以作为连续激光来测量。 但是，当重复率比较低，或者需要测量单个脉冲时，为了与激光脉冲准确同步，光谱仪最好工作在外触发模式。 如图5所示。

在外部触发方式中，我们可以选择上升沿触发（Edge Trigger）或者高电平触发（Level Trigger）。 光谱仪在接收到上升沿后 1.3μs 开始测量； 使用高电平触发时，只要触发引脚处于高电平，光谱仪就会继续测量。

图 5

2.3.3 监测激光波长随时间的变化

要监测激光波长随时间的变化，需要先在History->Function Entry中设置参数（如图6所示）。 然后选择History->Start Measuring，可以看到激光波长随时间变化的曲线。

图 6

3.总结

使用AvaSpec-2048光谱仪进行激光波长测量具有功能强大、性价比高、测量精度高、测量速度快、操作简单等特点。 体积小，易于集成到系统中进行在线监测。