[發(fā)明專利]原位監(jiān)測(cè)控制光波導(dǎo)器件溫度和光功率的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110908898.2
• 申請(qǐng)日: 2021-08-09
• 公開（公告）號(hào): CN113639795B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡小龍;張子彧;王昭;鄒鍇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D21/02
• 分類號(hào): G01D21/02;G05D23/20
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李林娟

1.一種原位監(jiān)測(cè)控制光波導(dǎo)器件溫度和光功率的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：CLIPP、信號(hào)讀出電路和反饋控制電路，

所述CLIPP通過測(cè)量光波導(dǎo)在不同頻率的導(dǎo)納變化量，聯(lián)立不同測(cè)試頻率下的函數(shù)關(guān)系同時(shí)原位監(jiān)測(cè)集成光波導(dǎo)器件的光功率、溫度；

反饋控制電路根據(jù)信號(hào)讀出電路得到的導(dǎo)納變化量反饋控制集成光波導(dǎo)器件溫度和光功率。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原位監(jiān)測(cè)控制光波導(dǎo)器件溫度和光功率的系統(tǒng)，其特征在于，所述CLIPP由光波導(dǎo)、光波導(dǎo)底部的氧化層、襯底、光波導(dǎo)頂部和兩側(cè)的氧化層及最上層的金屬電極組成。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原位監(jiān)測(cè)控制光波導(dǎo)器件溫度和光功率的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)讀出電路由跨阻放大器和鎖相放大器組成，

所述跨阻放大器將不同驅(qū)動(dòng)頻率的正弦信號(hào)通過金屬電極的一端輸入，另一端輸出信號(hào)，通過跨阻放大器放大后輸入到鎖相放大器中，經(jīng)鎖相放大器解調(diào)得到不同驅(qū)動(dòng)頻率下的CLIPP導(dǎo)納值；

通過測(cè)量不同光功率、溫度下CLIPP在不同驅(qū)動(dòng)頻率的導(dǎo)納值，減去無光條件下CLIPP在對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)頻率的導(dǎo)納值，得到不同光功率、溫度的CLIPP的導(dǎo)納變化量與驅(qū)動(dòng)頻率關(guān)系。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原位監(jiān)測(cè)控制光波導(dǎo)器件溫度和光功率的系統(tǒng)，其特征在于，所述反饋控制電路包括：溫度控制儀、半導(dǎo)體制冷器、溫度傳感器、激光器、光功率計(jì)、比例/積分/微分調(diào)節(jié)器，用于反饋控制集成光波導(dǎo)器件的溫度和光功率。

5.一種原位監(jiān)測(cè)控制光波導(dǎo)器件溫度和光功率的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

改變集成光波導(dǎo)器件的溫度和波導(dǎo)光功率，利用信號(hào)讀出電路讀取不同驅(qū)動(dòng)頻率下CLIPP的導(dǎo)納變化量，選取多個(gè)驅(qū)動(dòng)頻率，分別擬合溫度、光功率與導(dǎo)納變化量的二元函數(shù)關(guān)系；

信號(hào)讀出電路實(shí)時(shí)讀取驅(qū)動(dòng)頻率下的CLIPP的導(dǎo)納變化量，利用Y_f＝Y(jié)_f(T,P)反推出集成光波導(dǎo)器件的溫度和光功率；

利用信號(hào)讀出電路得到的集成光波導(dǎo)器件溫度和光功率，PID調(diào)節(jié)器反饋調(diào)節(jié)溫度控制器提供給TEC的電流以及激光器的輸出光功率，調(diào)整集成光波導(dǎo)器件的溫度和光功率至設(shè)定值。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種原位監(jiān)測(cè)控制光波導(dǎo)器件溫度和光功率的方法，其特征在于，所述信號(hào)讀出電路實(shí)時(shí)讀取驅(qū)動(dòng)頻率下的CLIPP的導(dǎo)納變化量，利用Y_f＝Y(jié)_f(T,P)反推出集成光波導(dǎo)器件的溫度和光功率具體為：

測(cè)量驅(qū)動(dòng)頻率在不同頻率下導(dǎo)納變化與溫度、光功率的關(guān)系，通過線性插值得到兩個(gè)驅(qū)動(dòng)頻率下溫度、光功率的導(dǎo)納變化量掃描圖；

測(cè)量得到兩個(gè)驅(qū)動(dòng)頻率在相同溫度、光功率下的導(dǎo)納變化量，并形成兩個(gè)恒定導(dǎo)納變化量平面，之后對(duì)曲面進(jìn)行截取，所獲兩條曲線在溫度-光功率平面上的投影的交點(diǎn)即對(duì)應(yīng)當(dāng)前集成光波導(dǎo)器件的溫度和光功率。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種原位監(jiān)測(cè)控制光波導(dǎo)器件溫度和光功率的方法，其特征在于，所述PID調(diào)節(jié)器反饋調(diào)節(jié)溫度控制器提供給TEC的電流以及激光器的輸出光功率，調(diào)整集成光波導(dǎo)器件的溫度和光功率至設(shè)定值具體為：

利用CLIPP監(jiān)測(cè)得到的集成光波導(dǎo)器件溫度和光功率，反饋控制電路根據(jù)溫度及光功率的目標(biāo)值與當(dāng)前值之差，使用PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)溫度控制儀的輸出電流，控制集成光波導(dǎo)器件溫度至目標(biāo)值；

使用PID算法調(diào)節(jié)激光器輸出功率，控制通過集成光波導(dǎo)器件的光功率至目標(biāo)值。