激光波长测量
概 要
随着激光在工业加工、通信、测量、以及医疗科研等众多领域越来越广泛的应用，方便快捷的测量激光器波长已经成为一种迫切的需求。目前测量激光波长参数的仪器大致分为三类，一类是波长计，功能简单，操作方便，精度也比较高，但是一般只能读出波长数据，当激光器是多波长或者光谱较宽时，测量有可能不准确；一类是扫描F-P腔，主要是研究激光器的光谱形状，一般不给出波长的绝对数值；还有一类就是光谱仪，它给出激光的绝对波长值也给出激光光谱的形状。
本文以荷兰Avantes公司的微型光纤光谱仪AvaSpec-ULS4096CL-EVO为例，介绍微型光谱仪在测量激光波长方面的应用。AvaSpec-ULS4096CL-EVO高分辨率光谱仪非常适合测量连续和脉冲激光的波长和相对强度，而且由于探测器具有9微秒的电子快门功能，因此动态范围非常大。对于高功率激光，可选用积分球或余弦校正器来衰减入射光，以避免探测器饱和。
1.1 仪器原理
荷兰Avantes公司的AvaSpec-ULS4096CL光纤光谱仪，采用对称式光路设计，焦距75mm，包括光纤接头（标准SMA接口）、准直镜、衍射光栅、聚焦镜和4096像素线阵CMOS探测器，波长范围200-1100nm，分辨率高达0.04nm，提供USB3.0接口、高速网口和I/O外触发同步接口。
图1 AvaSpec-ULS4096CL光谱仪的光学平台
2.1.1 多通道间同步采样
AvaSpec-ULS4096CL光谱仪可以配置成双通道或多通道，整台光谱仪采用主从通道控制，各通道间可实现真正意义上的同步数据采集。由于每个通道均包括一个独立的光学平台，各通道的光谱分辨率和光谱范围都可以灵活选择。我们既可以选择多个通道覆盖全部的200～1100nm波长范围，也可以只覆盖紫外部分、可见或近红外部分，如何选择完全取决于用户的兴趣和需要。比如绿光激光器用户可以选择覆盖532nm和1064nm两个波长附近的波段就足够了。这样就在很经济的成本下获得了足够的分辨率。
2.1.2 强大的历史通道功能
在AvaSoft-FULL软件中的历史通道功能，使我们可以很方便的监视激光波长、幅值、半宽值（FWHM）等参数随时间的变化，甚至我们还可以自定义一些参量，并观察它们随时间的变化，软件可以允许您同时监测多个输出参数随时间的变化。
2.2 测量方法
测量激光波长是光谱仪基本的一项应用。使用时只要按照如下步骤即可：
1．安装软件AvaSoft-FULL
2．使用USB线或网线将光谱仪与计算机连接。
3．使用光纤将待测光信号耦合进光谱仪，运行软件就可以得到光谱数据。如下图所示：
图2 激光波长测量示意图
2.2.1 连续激光器
对于连续激光器来说，测量尤为简单。运行软件后，设置合适的积分时间，如下图所示，就可以得到一个合适的光谱图。为了使测量的激光峰值波长更为准确，需要正确的设置光谱仪的Smoothing及Spline设置，具体可以按照软件手册中的说明操作。在测量激光时应该注意的是，由于激光功率都很强，一般不直接把激光耦合进光纤，而是将激光打在一个屏上，使用光纤接受从屏散射的激光信号就可以了。
2.3.2脉冲激光器
对于重复频率比较高（比如100Hz以上）的脉冲激光，可以使用把它当成一个连续激光来测量。而重复频率比较低，或者个别的需要测量单脉冲的情况下，为了准确地和激光脉冲同步，光谱仪尽量工作在外触发模式下。
2.3.3监测激光波长随时间变化
要监测激光波长随时间的变化，只需要在软件中打开 TimeSeries模块，设置希望监测的参，就可以看到激光波长，峰值，强度等设置参数随时间变化的曲线了。软件还能够允许您多窗口同步工作，同时监测多个参数随时间的变化。
3．结论
使用AvaSpec-ULS4096CL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，而且体积小巧，方便集成到系统中进行在线监测。同时Avantes还能够为您提供更多的选择，如体积更小（扑克牌大小）的光谱仪CompactLine系列；近红外波段（1000-2500nm）光谱仪NIRLine系列，超快光谱仪（5000幅/秒）Fast系列等。如您有更多需求，请您联系我们的技术工程师，我们会为您提供完善的光谱学解决方案。