[發明專利]一種可調諧激光器波長掃描工作曲線的動態標定裝置和方法

有效

• 申請號: 201911193574.4
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN111024370B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 唐才杰;卞賀明;王學峰;藍天
• 申請（專利權）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

本發明公開了一種可調諧激光器波長掃描工作曲線的動態標定裝置和方法，包括激光器驅動電路、光脈沖調制器、光放大器、光環行器、光纖、光譜檢測單元、計算機、可調諧激光器；在實際掃描工作的波長范圍、波長點數、每個波長點保持時間、波長掃描周期等參數下進行激光器工作曲線標定；將激光器輸出光調制成光脈沖，測量光脈沖在光纖中傳輸的瑞利散射光，從而獲得不同控制信號下的激光波長和邊模抑制比，保證激光器掃描工作和標定狀態的一致性。

技術領域

本發明涉及激光器波長——控制信號工作曲線的標定裝置和方法，特別是一種可調諧激光器波長掃描工作曲線的動態標定裝置和方法。

背景技術

采用可調諧激光器進行光纖光柵傳感器、干涉型光纖傳感器等的光譜檢測和信號解調，具有測量精度高、測點數目多、成本適中等優點，廣泛應用于航天、航空、海洋等多個領域的光纖傳感信號檢測。為了獲得光纖光柵傳感器、干涉型光纖傳感器的準確光譜信號，需要通過標定獲取激光器波長——控制信號工作曲線(以下將“波長——控制信號工作曲線”簡稱為“工作曲線”)。

現有的激光器工作曲線標定方法通常在靜態(不掃描)或準靜態(低速掃描)下進行，即：對激光器施加某一組控制信號，維持控制信號不變，測量激光器在該控制信號下的激光波長；對激光器施加另一組控制信號，維持控制信號不變，測量激光器在該控制信號下的激光波長；最終獲得激光器在多組不同控制信號下的激光波長。將靜態或準靜態標定的激光器工作曲線應用于激光器掃描工作過程的波長控制，激光器掃描工作曲線相對于靜態或準靜態標定工作曲線的偏離采用較簡單的多項式或分段多項式來補償。

采用壓電陶瓷、微機械、液晶、電機等作為驅動機構來調諧波長的可調諧激光器，工作曲線通常可以用較低階的多項式來描述，現有標定方法可以保證較高的波長控制精度。

但是，采用驅動電流改變折射率來調諧波長的可調諧DBR激光器，激光器波長——驅動電流工作曲線表現為多個不規則的周期，難以用多項式或分段多項式來準確描述；將靜態或準靜態標定的可調諧DBR激光器工作曲線用于掃描工作過程的波長控制，波長控制精度、邊模抑制比等難以滿足光纖光柵傳感器、干涉型光纖傳感器光譜檢測的需求。

發明內容

本發明解決的技術問題是：針對現有的靜態或準靜態標定的可調諧DBR激光器工作曲線用于掃描工作過程的激光波長控制，激光波長控制精度、邊模抑制比難以滿足光纖光柵傳感器、干涉型光纖傳感器光譜檢測需求的問題；提出了一種可調諧激光器波長掃描工作曲線的動態標定裝置和方法，在實際掃描工作的波長范圍、波長點數、每個波長點保持時間、波長掃描周期等參數下進行激光器工作曲線標定，通過光脈沖調制和測量光脈沖在光纖中傳輸的瑞利散射光來獲得激光波長和邊模抑制比，保證激光器掃描工作和標定狀態的一致性，保證激光器掃描工作時的波長控制精度和邊模抑制比。

本發明的技術解決方案是：

一種可調諧激光器波長掃描工作曲線的動態標定裝置，包括：激光器驅動電路、光脈沖調制器、光放大器、光環行器、光纖、光譜檢測單元、計算機、可調諧激光器；激光器驅動電路包括總線接口、微控制器、驅動電流模塊、溫控模塊、同步信號模塊；激光器驅動電路的輸出端口，即驅動電流端口、溫控端口連接到可調諧激光器，激光器驅動電路的同步信號端口連接到光脈沖調制器，激光器驅動電路的總線端口連接到計算機；可調諧激光器的輸出端口連接到光脈沖調制器的輸入端口，光脈沖調制器的輸出端口連接到光放大器的輸入端口，光放大器的輸出端口連接到光環行器的輸入端口，光環行器的雙向傳輸端口連接到光纖，光環行器的輸出端口連接到光譜檢測單元的輸入端口，光譜檢測單元連接到計算機；光譜檢測單元為基于探測器陣列和電荷積分放大信號檢測的光譜分析儀。

一種可調諧激光器波長掃描工作曲線的動態標定方法，為：

1)可調諧激光器在激光器驅動電路的控制下，按照實際掃描工作的波長范圍、波長點數、每個波長點保持時間、波長掃描周期進行工作，輸出波長隨時間變化的激光；