[發明專利]一種改善超輻射發光二極管光源波長穩定性的裝置和方法

有效

• 申請號: 201410550916.4
• 申請日: 2014-10-16
• 公開（公告）號: CN104300360B
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 陳杏藩;何沛彤;汪樟海;劉承;舒曉武
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01S5/068
• 分類號: H01S5/068
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 林超

技術領域

本發明涉及光源信號的處理方法，尤其是涉及一種改善超輻射發光二極管光源波長穩定性的裝置和方法。

背景技術

超輻射發光二極管(SLD)是一種寬光譜、弱時間相干性、大功率、高效率的半導體光發射器件，其光學性質介于半導體激光器(LD)和半導體發光二極管(LED)之間，具有比LD更寬的發光光譜和更短的相干長度，具有比LED更高的輸出功率，集寬光譜和大功率的優點于一身。

SLD寬光譜和大功率的獨特優勢使其在低相干測量系統中被廣泛應用，主要包括干涉式光纖陀螺(IFOG)、光學相干層析技術(OCT)、光時域反射儀(OTDR)、光頻域反射儀(OFDR)、白光干涉儀、分布式光纖傳感等方面。SLD光源的穩定性對這些系統的精度和穩定度有較大影響。所以，控制SLD高穩定輸出具有極其重要的意義。以光纖陀螺為例，光纖陀螺的精度受SLD光源的穩定性影響很大。SLD光源的平均波長與光纖陀螺的標度因數成比例關系，而標度因數直接決定了光纖陀螺的精度。

平均波長的定義如下：

其中，P(λ_i)表示波長為λ_i的光的功率密度，上式表示平均波長是波長對功率密度的加權平均。

目前使用的SLD，存在光譜穩定性較差的問題，其中心波長與溫度及工作電流都有關系，平均波長隨溫度有約400×10^-6/K的漂移，隨電流有約40×10^-6/mA的變化。因此，目前對SLD光源的驅動和控制普遍采用恒流源驅動加光反饋控制和溫控的方法，即“恒流+溫控”驅動方式。一方面用精密恒流源給SLD提供注入電流；另一方面控制SLD光源發光管的溫度，使溫度穩定在一個精確的范圍內。該方式可在一定程度上改善波長的穩定性，但系統結構比較復雜。

發明內容

針對目前超輻射發光二極管光源的輸出光的平均波長隨溫度等物理量的波動而波動的問題，本發明的目的在于提供一種改善超輻射發光二極管光源波長穩定性的裝置和方法，滿足相關應用中對超輻射發光二極管的輸出光波長穩定性的要求。

本發明所采用的技術方案的步驟如下：

一、一種改善超輻射發光二極管光源波長穩定性的裝置：

包括超輻射發光二極管、半導體光放大器、光纖耦合器、光譜儀和信號處理模塊；超輻射發光二極管的光源尾纖與半導體光放大器輸入端相連，半導體光放大器輸出端連接光纖耦合器，通過光纖耦合器光路被分為兩路，一路作為輸出光信號，另一路作為探測光信號經過光譜儀輸入到信號處理模塊，信號處理模塊產生調整信號并將其反饋到半導體光放大器的工作參數控制端，從而對半導體光放大器的驅動電流進行控制。

所述的光纖耦合器為1×2耦合器。

所述的半導體光放大器工作在線性增益區。

二、一種改善超輻射發光二極管光源波長穩定性的方法：

A)超輻射發光二極管發出的光信號，經尾纖耦合輸入到半導體光放大器中，再經光纖耦合器分為兩路，一路作為輸出光信號，另一路作為探測光信號；

B)探測光信號由光譜儀接收后經信號處理模塊處理后產生調整信號，調整信號對半導體光放大器的增益譜進行反饋控制，實現對超輻射發光二極管平均波長波動的補償。

所述的步驟B)的反饋控制中，所述輸出光信號和探測光信號分光比為(100-A)：A；其中，0<A<100，信號處理模塊中設置波長平衡點λ_m，具體反饋過程為：

當光譜儀接收到的探測光信號的平均波長λ_m0>λ_m時，信號處理模塊產生調整信號提高半導體光放大器的驅動電流，使半導體光放大器的增益譜峰值向短波長方向移動，從而使探測光信號的平均波長λ_m0降至λ_m；

當光譜儀接收到的探測光信號的平均波長λ_m0<λ_m時，信號處理模塊產生調整信號降低半導體光放大器的驅動電流，使半導體光放大器的增益譜峰值向長波長方向移動，從而使探測光信號的平均波長λ_m0提高至λ_m；

當光譜儀接收到的探測光信號的平均波長λ_m0＝λ_m時，信號處理模塊對半導體光放大器的驅動電流不進行處理。

所述的輸出光信號和探測光信號分光比最優為95：5。

所述的半導體光放大器工作在線性增益區。

本發明具有的有益效果是：