波长可调光源 wavelength-tunable light sources

2022-10-24 16:30:20 浏览:434

定义

可以调谐光学波长的光源。

有各种各样的光源,其中光学波长可以被调谐(调整),通常通过很宽的范围 - 在某些情况下,从紫外线通过完整的可见光谱区域以某种方式进入红外线。获得的光带宽通常不是特别小 - 例如1 nm的数量级 - 但足够小,可以将光视为各种应用的准单色。输出光可以作为自由空间光束或通过光纤电缆传送。

性能数据

波长可调光源的关键性能数据如下:

  • 人们可以解决的波长范围有限。
  • 对于设想的应用,光带宽必须足够小。
  • 输出功率(或者频谱通量)与某些应用非常相关,而对于其他应用则更不重要。通常,较小的带宽意味着较低的输出功率 - 激光源和OPO除外(见下文)。
  • 光学波长在整个范围内扫描的速度也值得关注。在某些情况下,随机选择不同的波长值需要很高的敏捷性。虽然有些设备需要很多秒才能从一个波长改变到另一个波长,但其他设备可以在一秒钟的几分之一内完成。

实际相关的其他方面可以是功耗,灯的余热耗散,灯的寿命,输出功率的稳定性,输出功率与波长的可变性以及输出光的提供形式(例如自由空间输出的光束质量或光纤电缆的细节)。

宽带光源和带通滤光片解决方案

这种光源通常通过宽带光源(如果是可见光区域的白光源)和可调谐单色器的组合来实现,后者在任何时候仅透射光源光谱的一小部分。在最简单的情况下,单色器是手动调谐的,但在许多情况下,单色器具有计算机控制的电机驱动器,它允许自动调谐到特定波长(手动输入或通过计算机编程),或者连续扫描某些波长区域。

通过这种技术方法,可以跨越非常大的波长区域,通常超过整个可见光谱区域。例如,卤素灯(通常基于石英灯泡中的钨丝)可以从整个可见光区域的中红外发射光,并在某种程度上进入紫外线。直流弧光灯(例如汞灯、霓虹灯、氩灯或氙气灯)适用于进一步接触紫外线。请注意,紫外线增强灯还具有具有高紫外线透射率的灯泡玻璃。

构建一个可以在长范围内调谐的单色器并不是特别困难,尽管存在获得与更高衍射阶相关的不需要的波长分量的风险。但是,调谐速度通常非常有限。使用电子控制的带通滤光片(例如声光可调谐滤光片(AOTF))可以实现更快的波长扫描。

有限和可变输出功率

这种技术方法的一个基本问题是,只能使用产生的光功率的一小部分,因为它大部分都在当前选择的窄光谱区域之外。如果所需的光带宽很小,则尤其如此。为了优化应用的权衡,通常可以改变滤光片带宽,例如通过改变单色器光学狭缝的宽度。

如果使用某种白炽灯(例如卤素灯),其空间相干性较低,另一个问题是大部分光都以几乎无法使用的方向发射。不仅典型的应用,而且所使用的单色器都需要或多或少明确定义的光束,即使使用设计良好的反射器,也很难有效地收集这种光并形成光束。然而,通过最小化发光体积,可以在一定程度上优化灯具。这在弧光灯中尤其可能。

应用

广义可调光源的主要应用领域是不同形式的光谱学,例如吸收光谱学或荧光光谱学。例如,分光光度计通常包含这样的源。在这种情况下,相当有限的输出功率和不是特别小的光带宽通常是可以接受的,尽管它可能会限制光谱分辨率并为测量时间设置下限。诸如电介质反射镜之类的光学元件也经常用这种器件来表征。

可调谐光源还可用于测量光电探测器、图像传感器等的波长依赖性响应度。

光学器件

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