光譜儀是光通信中最為常用的儀器之一，從內(nèi)部結(jié)構(gòu)上講，商用光譜分析儀主要有三種類型：
第一種是基于衍射光柵型光譜儀，是目前最為常見(jiàn)的類型；
第二種是基于邁克爾遜干涉儀的光譜分析儀，該類型的光譜儀也被稱為多波長(zhǎng)計(jì)；
第三種是基于F-P型干涉的光譜儀。
光柵型光譜儀概述
光柵型光譜儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，其中衍射光柵(DiffractionGrating)起到可調(diào)諧光濾波器的作用，其原理與可見(jiàn)光經(jīng)過(guò)三棱鏡后出現(xiàn)彩色光的原理近似。
由于三棱鏡的色散能力（或者講折射率隨波長(zhǎng)的變化幅度）有限，所以在光譜儀設(shè)計(jì)中用光柵來(lái)代替，從而取得更高的分辨能力。其中光的波長(zhǎng)與光經(jīng)過(guò)光柵反射（或透射，依賴光譜儀的設(shè)計(jì)，目前以反射型光柵設(shè)計(jì)居多）后的衍射角度成正比，通過(guò)測(cè)試不同角度的光的功率，從而得到不同波長(zhǎng)的光的光譜分布。光電探測(cè)器通過(guò)AD轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號(hào)處理并顯示得到光譜曲線。
圖2 衍射光柵型光譜儀結(jié)構(gòu)圖
光柵型光譜儀具有很好的功率參數(shù)，即高的動(dòng)態(tài)范圍和OSNR測(cè)試能力，光柵型光譜儀已成為目前應(yīng)用最為廣泛、商業(yè)最為成功的儀表。
基于邁克爾遜干涉儀的光譜分析儀（多波長(zhǎng)計(jì)）
其核心部分是一個(gè)邁克爾遜干涉儀（Michelson Interferometer）.輸入光經(jīng)過(guò)光分束器后分成兩路，一路光程固定，另外一路光程可變，這兩路光合到一起后，會(huì)形成干涉圖樣。通過(guò)快速傅立葉變換，可以將時(shí)域的干涉圖樣轉(zhuǎn)換為光譜圖形。
邁克爾遜干涉儀具有很好的波長(zhǎng)分辨率，例如2016年2月發(fā)布的著名的引力波觀察結(jié)果，其核心測(cè)量部分LIGO是基于干涉的原理。LIGO在4KM的臂長(zhǎng)上，可以觀察1-2個(gè)原子直徑的長(zhǎng)度變化。
由于基于邁克爾遜干涉儀的光譜儀具有非常好的波長(zhǎng)參數(shù)，所以也被俗稱為多波長(zhǎng)計(jì)。波長(zhǎng)不確定度可以到1ppm，甚至到0.2ppm，折算到1550nm激光，波長(zhǎng)不確定度值為±0.0015nm（1ppm）或±0.0003nm (0.2ppm)。
基于F-P型干涉的光譜儀
F-P型光譜儀結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)部分透射的反射鏡精確準(zhǔn)直，從而形成反射型腔而構(gòu)成
在F-P腔干涉中相加的波長(zhǎng)將會(huì)被透射，而相消的信號(hào)不透射。改變F-P的腔長(zhǎng)，可以得到光譜信息。
F-P型光譜儀利用光學(xué)的方法可以獲得很高的分辨率，被廣泛用在諸如激光器線寬的分析應(yīng)用中。而在波分系統(tǒng)測(cè)試中，則一般較少采用。
波分系統(tǒng)測(cè)試中波長(zhǎng)精度的再討論
多年以來(lái)，業(yè)界對(duì)于波長(zhǎng)計(jì)的波長(zhǎng)測(cè)試精度深信不疑，普遍認(rèn)為波長(zhǎng)計(jì)的波長(zhǎng)測(cè)試精度應(yīng)遠(yuǎn)高于光柵型光譜儀。然而隨著通訊系統(tǒng)速率的提升，這一觀點(diǎn)需要重新審視，慎重對(duì)待。下一期我們將討論高速通信系統(tǒng)中波長(zhǎng)精確測(cè)量的問(wèn)題。
