[发明专利]波长可调谐光电探测器、光波长探测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光波长探测技术领域，特别涉及一种波长可调谐光电探测器、光波长探测系统及方法。

背景技术

光传感，尤其是基于光纤光栅技术的光传感因其具有无源化、抗电磁干扰、精度高、体小质轻等特点，目前在土木建筑、石油、电力、交通、矿业、医学等诸多领域获得了越来越广泛的应用。滤波检测式光纤光栅传感系统结构如图1所示，一般由宽带光源、光纤光栅传感器、光波长探测仪及无源光器件等部分构成。其中，光源发出的宽带光信号经耦合器等无源光器件耦合并经光纤传输至光纤光栅传感器，待测物理量通过光纤光栅对其反射光波长参量进行编码，并由光波长探测仪检测出光纤光栅的反射光波长进而实现对待测物理量的测量。

在目前的滤波检测式光纤光栅传感系统中，光波长探测仪一般采用压电陶瓷(PZT)模块或步进电机设备来调谐滤波器的透射/反射波长，以实现滤波器与光纤光栅传感器反射波长的匹配，进而实现对待测光波长的检测。目前所使用的方法存在成本高、体积大、集成度低等不足，极大的制约了光纤光栅传感技术的发展与应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：在光波长探测时如何降低成本、降低体积重量及提高集成度。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种波长可调谐光电探测器，其特征在于，包括：半导体基质F-P腔窄带滤波器和与所述半导体基质F-P腔窄带滤波器键合的p-i-n光电探测器，所述半导体基质基底F-P腔窄带滤波器用于对接收的待测光信号滤波，并将透射后的光信息号传输至所述p-i-n光电探测器的吸收层。

其中，所述F-P腔窄带滤波器为GaAs基底F-P腔窄带滤波器，所述p-i-n光电探测器为InP基底光电探测器。

其中，所述波长可调谐光电探测器还包括自聚焦棒，所述自聚焦棒用于将所述待测光信号耦合进所述半导体基质F-P腔窄带滤波器。

本发明还提供了一种光波长探测系统，包括：F-P腔透射谱控制模块、光波长调解处理模块、光电探测器输出电流检测模块及上述的波长可调谐光电探测器，

所述光波长调解处理模块连接F-P腔透射谱控制模块和光电探测器输出电流检测模块；所述F-P腔透射谱控制模块连接所述半导体基质F-P腔窄带滤波器的两个F-P滤波腔调整电极，用于受所述光波长调解处理模块的控制产生周期性变化的电压，并将所述周期性变化的电压传输给所述半导体基质F-P腔窄带滤波器；所述光电探测器输出电流检测模块连接所述p-i-n光电探测器的两个探测电极，用于将检测到的p-i-n光电探测器的输出光电流传输给所述光波长调解处理模块。

本发明还提供了一种利用上述的光波长探测系统探测光波长的方法，包括以下步骤：

S1：将待测光信号经光纤耦合至光纤光栅传感器；

S2：被光纤光栅传感器反射的待测光信号由光纤尾纤耦合进入所述波长可调谐光电探测器的半导体基质F-P腔窄带滤波器；

S3：所述光波长调解处理模块控制F-P滤波腔调谐控制模块产生周期性控制电压，并加至所述F-P滤波腔调整电极上，波长可调谐光电探测器中半导体基质F-P滤波腔在外加周期性电压作用下，其F-P滤波腔内部产生周期性变化电流，电流热效应使F-P滤波腔产生与电流大小成线性关系的温度变化，使F-P滤波腔折射率及所述待测光信号通过F-P滤波腔的透射光波长产生周期性变化；

S4：在上述步骤S3中，所述光电探测器输出光电流检测模块实时监测p-i-n光电探测器输出的光电流，完成A/D转换并实时发送至所述光波长探测处理模块；

S5：所述光波长探测处理模块根据F-P滤波腔调谐控制模块输出的调谐电压及探测到的光电流探测待测光信号的波长。

其中，所述步骤S1中光纤耦合的方式为采用自聚焦棒的方式耦合。

其中，所述F-P滤波腔调谐控制模块产生的调谐电压为周期性锯齿形电压。

其中，所述步骤S5中采用峰值光电流匹配算法探测所述待测光信号的光波长，具体为：确定p-i-n光电探测器探测电极间输出光电流最大时的F-P滤波腔调整电极的外加电压，计算得到所述半导体基质F-P腔滤波器透射波长，进而得到待测光波长。

其中，所述步骤S5中采用半峰值功率平均算法探测所述待测光信号的光波长，具体为：确定p-i-n光电探测器探测电极间输出光电流为峰值1/2时的两处F-P滤波腔调整电极的外加电压，通过平均算法计算得到所述半导体基质F-P腔滤波器透射波长，进而得到待测光波长。

(三)有益效果