[发明专利]一种可调谐激光器波长扫描工作曲线的动态标定装置和方法

说明书

本发明公开了一种可调谐激光器波长扫描工作曲线的动态标定装置和方法，包括激光器驱动电路、光脉冲调制器、光放大器、光环行器、光纤、光谱检测单元、计算机、可调谐激光器；在实际扫描工作的波长范围、波长点数、每个波长点保持时间、波长扫描周期等参数下进行激光器工作曲线标定；将激光器输出光调制成光脉冲，测量光脉冲在光纤中传输的瑞利散射光，从而获得不同控制信号下的激光波长和边模抑制比，保证激光器扫描工作和标定状态的一致性。

技术领域

本发明涉及激光器波长——控制信号工作曲线的标定装置和方法，特别是一种可调谐激光器波长扫描工作曲线的动态标定装置和方法。

背景技术

采用可调谐激光器进行光纤光栅传感器、干涉型光纤传感器等的光谱检测和信号解调，具有测量精度高、测点数目多、成本适中等优点，广泛应用于航天、航空、海洋等多个领域的光纤传感信号检测。为了获得光纤光栅传感器、干涉型光纤传感器的准确光谱信号，需要通过标定获取激光器波长——控制信号工作曲线(以下将“波长——控制信号工作曲线”简称为“工作曲线”)。

现有的激光器工作曲线标定方法通常在静态(不扫描)或准静态(低速扫描)下进行，即：对激光器施加某一组控制信号，维持控制信号不变，测量激光器在该控制信号下的激光波长；对激光器施加另一组控制信号，维持控制信号不变，测量激光器在该控制信号下的激光波长；最终获得激光器在多组不同控制信号下的激光波长。将静态或准静态标定的激光器工作曲线应用于激光器扫描工作过程的波长控制，激光器扫描工作曲线相对于静态或准静态标定工作曲线的偏离采用较简单的多项式或分段多项式来补偿。

采用压电陶瓷、微机械、液晶、电机等作为驱动机构来调谐波长的可调谐激光器，工作曲线通常可以用较低阶的多项式来描述，现有标定方法可以保证较高的波长控制精度。

但是，采用驱动电流改变折射率来调谐波长的可调谐DBR激光器，激光器波长——驱动电流工作曲线表现为多个不规则的周期，难以用多项式或分段多项式来准确描述；将静态或准静态标定的可调谐DBR激光器工作曲线用于扫描工作过程的波长控制，波长控制精度、边模抑制比等难以满足光纤光栅传感器、干涉型光纤传感器光谱检测的需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有的静态或准静态标定的可调谐DBR激光器工作曲线用于扫描工作过程的激光波长控制，激光波长控制精度、边模抑制比难以满足光纤光栅传感器、干涉型光纤传感器光谱检测需求的问题；提出了一种可调谐激光器波长扫描工作曲线的动态标定装置和方法，在实际扫描工作的波长范围、波长点数、每个波长点保持时间、波长扫描周期等参数下进行激光器工作曲线标定，通过光脉冲调制和测量光脉冲在光纤中传输的瑞利散射光来获得激光波长和边模抑制比，保证激光器扫描工作和标定状态的一致性，保证激光器扫描工作时的波长控制精度和边模抑制比。

本发明的技术解决方案是：

一种可调谐激光器波长扫描工作曲线的动态标定装置，包括：激光器驱动电路、光脉冲调制器、光放大器、光环行器、光纤、光谱检测单元、计算机、可调谐激光器；激光器驱动电路包括总线接口、微控制器、驱动电流模块、温控模块、同步信号模块；激光器驱动电路的输出端口，即驱动电流端口、温控端口连接到可调谐激光器，激光器驱动电路的同步信号端口连接到光脉冲调制器，激光器驱动电路的总线端口连接到计算机；可调谐激光器的输出端口连接到光脉冲调制器的输入端口，光脉冲调制器的输出端口连接到光放大器的输入端口，光放大器的输出端口连接到光环行器的输入端口，光环行器的双向传输端口连接到光纤，光环行器的输出端口连接到光谱检测单元的输入端口，光谱检测单元连接到计算机；光谱检测单元为基于探测器阵列和电荷积分放大信号检测的光谱分析仪。

一种可调谐激光器波长扫描工作曲线的动态标定方法，为：

1)可调谐激光器在激光器驱动电路的控制下，按照实际扫描工作的波长范围、波长点数、每个波长点保持时间、波长扫描周期进行工作，输出波长随时间变化的激光；