[发明专利]一种基于保偏啁啾光纤光栅的TDS系统色散管理装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于保偏啁啾光纤光栅的TDS系统色散管理装置及方法，将第一色散管理单元置于发射端光纤传导光路上，第二色散管理单元置于探测端光纤传导光路上，第一色散管理单元和第二色散管理单元包括保偏啁啾光纤光栅和温度控制模块，温度控制模块用于保偏啁啾光纤光栅温度的控制和测量，通过信号发生和采集处理单元与上位机连接；信号发生和采集处理单元用于将检测的实时温度发送到上位机；上位机将接收的实时温度与“温度‑脉冲宽度”的查找表进行对照，进行温度调控，直至反馈的实时温度达到最窄脉冲宽度对应的温度，停止。提出了基于啁啾光纤光栅的色散管理方法，实现了色散的在线管理，使TDS系统具有更好的环境适应性。

技术领域：

本发明属于太赫兹光谱和成像技术领域，具体涉及一种基于保偏啁啾光纤光栅的TDS系统色散管理装置及方法。

背景技术：

基于光电导天线的太赫兹时域光谱系统(简称TDS)是当前最为成熟的太赫兹光谱产品。其基本原理为：光纤飞秒激光器发出两束飞秒激光，一束作为泵浦光，经光纤传输到光电导发射天线上，在偏置电压的作用下产生宽带太赫兹波，该太赫兹波经透射或反射等方式携带测试样品的信息进入太赫兹探测天线(即发射光路)；另一束作为探测光，经过光学延迟线，进入太赫兹探测天线(即探测光路)；携带样品信息的太赫兹波与探测光相遇，被太赫兹探测天线所接收，通过波谱分析技术对样品进行定量和定性识别。

太赫兹波的脉宽越窄，太赫兹波的频谱宽度越宽，其携带的样品信息就越丰富。光纤耦合的TDS系统，飞秒激光器在输出前先做脉宽的预啁啾，以与外部传导光纤长度进行匹配。保偏光纤在1550nm处于负色散区，色散值约为20ps/km·nm，色散会引起脉冲展宽，经过一定长度的展宽后，可以完全抵消由激光器引入的正色散，从而将脉冲宽度压缩到最小值，即保偏光纤起到脉宽压缩器的作用。

与此同时，为使太赫兹波与探测脉冲光在探测天线相遇，需要严格控制发射光路与探测光路的光纤长度差，由于自由光路部分的存在，为兼顾两路脉冲均处于接近最窄脉冲宽度的光纤长度，一般发射光路光纤要比最佳长度(对应最短脉冲)短一些，探测光路光纤要比最佳长度长一些，这就导致两路均无法达到最小的脉冲宽度，不利于获得最窄的太赫兹信号，进而对应的频谱宽度不足，携带的样品信息受限，从而影响整个太赫兹时域光谱系统的性能。

发明内容：

本发明目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种基于保偏啁啾光纤光栅的TDS系统色散管理装置及方法，解决由光纤进行补偿的复杂度高和无法保证两路光脉冲同时达到最小值的问题。

为了实现上述目的，本发明涉及的一种基于保偏啁啾光纤光栅的TDS系统色散管理装置，包括第一色散管理单元和第二色散管理单元，第一色散管理单元置于飞秒激光器与太赫兹发射天线之间的发射端光纤传导光路上，第二色散管理单元置于飞秒激光器与太赫兹探测天线之间的探测端光纤传导光路上，所述第一色散管理单元和第二色散管理单元包括保偏啁啾光纤光栅和温度控制模块，温度控制模块用于保偏啁啾光纤光栅温度的控制和测量，温度控制模块通过信号发生和采集处理单元与上位机连接，将检测的第一色散管理单元实时温度和第二色散管理单元实时温度发送到上位机，上位机将接收的实时温度与“温度-脉冲宽度”的查找表进行对照，如果实时温度与查找表中的最窄脉冲宽度对应的温度相匹配，则不作处理，如果实时温度与查找表中的最窄脉冲宽度对应的温度不匹配，向对应的温度控制模块发送温度调节指令，对应的温度控制模块进行温度调控，直至反馈的实时温度达到最窄脉冲宽度对应的温度，停止。

优选地，第一色散管理单元靠近太赫兹发射天线前端，第二色散管理单元靠近太赫兹探测天线前端。