特性

• 基于迈克尔逊干涉仪的OSA
• 波长范围：1000 - 2500纳米
• 分辨率：在1550纳米光波下为60皮米
• 附带预装软件的台式计算机

Thorlabs公司的光谱分析仪（OSA）是测量光源光功率与波长函数关系的通用仪器。该仪器功能丰富，应用广泛，可用来分析宽带光谱信号、增益芯片的F-P腔模数或长相干长度的单模外腔式激光器。

一般的OSA基本上都是基于光栅的单色仪。而Thorlabs公司的OSA是一种傅里叶变换光谱分析仪（FT-OSA），它在一个推/拉结构中采用了一个扫描迈克尔逊干涉仪，如下图所示。该方法使这种全功能OSA还可以作为一个高精度的波长计。

Thorlabs公司的FT-OSA的光路图，详细说明了双逆向反射镜设计原理。
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设计原理

OSA203具有一个FC/PC型光纤输入端口，可以使用最大直径为Ø50微米的单模和阶跃折射率光纤。如有需要，我们也可以提供带其它接口的特殊设计OSA。该仪器设计可以测量连续波光源，但也可以用于一些采用脉冲光源的应用之中。在输入信号被准直后，信号光被一个分束器分为两路分立的信号。这两路光的光程差介于0到±40毫米之间。然后这两路准直的光信号在到达分束器后发生干涉。

右图所示的探测器部件记录干涉图样，通常称之为干涉图。该干涉图是输入光光谱的自相关波形。通过对该波形进行傅里叶变换，就可以恢复出光信号的光谱信息。最后得到的光谱信息具有高分辨率和很款到波长覆盖范围，并且光谱分辨率与光延迟范围相关。光谱的波长范围由探测器和光学镀膜的带宽所限制。此外，我们系统的精度通过附带的稳频HeNe参考激光器保证，该激光器可以精确地测量光路长度的细微变化，使系统可以连续地进行自主标定。该过程为精确的光学分析提供了保证，这是基于光栅的OSA所不能实现的。

^a 我们也提供其它探测器。
^b 可以在0-9之间进行设置，并带有自动选项可以估算相关的小数位。
^c需要经过30分钟的预热。带有FC/PC接头的单模光纤。
^d 光谱精度是指重复性，通过重复性可以用峰值搜索工具测量光谱特性。
^e 采用相同的输入单模光纤进行所有测量。
^f在绝对功率模式中的位准确精度，填零= 2， 变迹= Hann。
^g 对于1000 - 2000纳米光波下的OSA 203。
^h 在用最高分辨率、最高灵敏度和填零=0时的可探测能量/光谱数据点。

干涉图数据采集

参考激光的干涉图用来记录一个16位模拟-数字转换器（ADC）的时间，从而采样能以一个固定、等距离的光程长度间隔进行。HeNe参考条纹周期经过数字化处理，它的频率经过位锁回路（PLL）进行倍增，极大地提高了采样分辨率。多重PLL滤波器使平率倍增可以设置为16、32、64或128.在128倍倍增设置时，数据点的采集间隔约为5纳米。多重PLL滤波器使用户可以针对系统测量选择优化参数，如提高速度、减小灵敏度、减小分辨率，或降低速度、提高灵敏度、提高分辨率等。

高速USB连接可以将器件的干涉图通过乒乓传输方案以6MB/s的速度进行传输，实现非常大的数据流传输。一旦获取数据后，经过优化能够充分利用现代多核处理器的OSA软件就可以进行一系列计算来分析和调节输入波形，从而在快速傅里叶变换（FFT）的输出端获得最高的分辨率和信噪比（SNR）。

分析仪中的探测器放大器噪声和失真非常低，并带有自动增益控制，可以提供大动态范围，使ADC以最佳工作状态工作，并保证在高达10毫瓦的输入功率时能够具备出色的SNR。对于低功率信号，该系统可以探测窄带光源发出的低于100皮瓦的信号。其平衡探测构架通过使Thorlabs FT-OSA可以应用所有通过干涉仪的光，改善系统的SNR，并同时防止共模噪声。

典型干涉图
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干涉图数据处理

仪器产生的干涉图从50万到1600万个数据点不等，这取决于所采用的分辨率和灵敏度模式设置。FT-OSA软件可以分析输入数据和从内部数据库智能选择优化FFT算法。

通过采用异步多线程的方法，经过多个用来产生光谱信息的处理阶段来采集和处理干涉图数据，可以实现额外的软件性能。

软件的多线程构架可以通过灵活适应计算机性能来平行管理多个操作任务，这样就保证了处理器最大的带宽使用。我们的每个FT-OSA仪器都附带一台台式计算机，该计算机经过进行挑选，能够保证最优的数据处理和用户界面操作。

波长计模式

W当分析窄带光信号时，FT-OSA会自动计算输入信号的中心波长，并显示在当前整体光谱的主显示区下方的窗口中。中心波长λ是通过计算从输入和参考激光得到的干涉条纹数来计算得到的，具体如下式：

其中，m₀ 为HeNe参考激光的条纹数，m为位置输入信号的条纹数，n₀ 为参考激光波长下的空气折射率，n_λ 为波长λ下的空气折射率，而λ₀ 则为HeNe参考激光的真空波长。

FT-OSA作为波长计时的分辨率基本上比系统作为宽带分光仪时要高，这是因为该系统可以根据锁相回路倍增器设定的极限来分辨条纹的边缘。在实际应用中，系统的分辨率由未知输入信号的带宽和结构、探测器的噪声、参考激光器的漂移、干涉仪准直和其它系统错误所限制。经过测试该系统在近红外波段可以实现低于±0.2皮米的测量精度（请参考规格标签了解详细规格）。

其软件可以评估未知输入光的光谱，从而确定合适的显示分辨率。如果数据不可信，如多峰值光谱，该软件会关闭波长计模式，从而防止错误结果的产生

波长校准和精度

这些FT-OSA仪器结合了真空波长为632.9913纳米的稳定HeNe参考激光器。采用稳定HeNe激光器保证了长期波长精度，这是因为稳定HeNe激光器的动态是已知的并可以对其有效地进行控制。

这些仪器在出厂前经过对准，从而使参考光束和未知输入光束在干涉仪进行扫描时经历相同的光程长度变化。任何残余对准误差对波长测量的影响都小于0.5皮米；输入光束的瞄准精度是由高精度陶瓷插座和鲁棒干涉腔设计保证。该干涉仪中没有采用任何光纤。参考激光器在空气中的波长针对每种测量都通过配合仪器内部传感器进行温度和压力的数据采集，用Eldén公式进行了仔细计算。

对于用户在可见光波段光谱的操作，相对湿度（RH）对空气折射率的影响会改变测量的精度。为了补偿这种效应，其软件可以手动设置相对湿度。在红外波段，湿度的影响效应可以忽略。

动态范围

OSA的动态范围被定义为本底噪声，即测量窄带激光光源时峰值为500GHz。下表提供了1500纳米下OSA203动态范围的的一些实验值。

绝对功率和功率密度

光谱的纵轴可以显示为绝对功率或功率密度，它们都可以用线性或对数刻度进行标示。在绝对功率模式下，总功率是基于仪器对某特定波长的实际分辨率进行显示的；我们推荐只在测量窄带光谱输入光时采用该设置。对于宽带器件，我们推荐使用功率密度模式。在功率密度模式下，纵轴是以每单位波长的功率值进行显示的，而单位波长则基于固定波长带并且与仪器的分辨率设置无关。

分辨率和灵敏度

OSA等仪器的分辨率取决于干涉仪中两路光路的光程差（OPD）。用波数（单位为厘米的倒数）来解释该参数比用波长或频率更易于理解。

假设您有两个光源（激光），它们的中心波长非常相近：分别为6500 cm^-1 和6501 cm^-1。为了在干涉仪中区分它们的信号光，其中一路光需要从零光程差（ZPD）点移动1厘米。我们的OSA系统可以进行±4厘米的光程差变化，使其能够分辨最小为0.25 cm^-1的光谱差异。该仪器的分辨率可以由下式进行计算

其中Δλ为分辨率（该仪器最大分辨率为0.25 cm^-1），单位为皮米，光程差Δk的单位cm^-1，波长λ的单位为微米。

用OSA软件可以调高或降低仪器分辨率。高分辨率对应反射器的±1厘米（对应光程差变化为±4厘米）的最大反射器位移，而低分辨率则对应应反射器的±0.25厘米（对应光程差变化为±1厘米）的反射器位移。通过OSA软件，光谱计算中使用的干涉图长度可以被分割，从而将分辨率降低到用户的期望值。

仪器的灵敏度取决于传感器电路中采用的电子增益。由于提高增益会使探测器的带宽降低，因此在更高增益设置下一起将降低运行的速度。

OSA在运行速度更低时还可以采样更多的数据点/OPD。数据采样通过内部稳定HeNe激光器的参考信号进行触发。其中一个位相锁定回路可以对HeNe的周期倍增到128倍，从而实现最高的灵敏度模式。该模式对于被测光为宽带光和强度较弱时是非常实用的。这样一来，在ZPD点的干涉图中，很短的间隔就包含了所有光谱信息。这通常被称为零点饱和。

基本设置

Thorlabs的OSA光谱分析仪可以通过一对折叠镜和RC08FC-P01反射式准直器来分析自由空间光源。在本例中，我们将1532纳米氦氖激光器发射光束耦合进OSA202光谱分析仪。
 

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耦合设备

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