解调相移光栅中心波长与相移量的方法、装置和系统制造方法及图纸

本发明专利技术属于光纤传感领域，尤其涉及一种解调相移光栅中心波长与相移量的方法、装置和系统。本发明专利技术所提供的同时解调相移光栅中心波长与相移量的方法或装置，利用待解调相移光栅的反射谱数据进行计算，以得到所述待解调相移光栅的中心波长以及相移量，从而解决了无法有效的对相移光栅中心波长及相移量的大小进行解调的问题，进而可以利用该中心波长与相移量对外界物理量变化的响应差异进行传感应用。

【技术实现步骤摘要】
解调相移光栅中心波长与相移量的方法、装置和系统
本专利技术属于光纤传感领域，尤其涉及一种解调相移光栅中心波长与相移量的方法、装置和系统。
技术介绍
相移光纤光栅是一种非均匀光纤光栅，通过在均匀光栅轴向折射率调制中引入相位突变形成的特殊光栅。近年来，相移光纤光栅在窄带滤波器、光纤激光器、光纤传感等领域都得到了广泛研究和应用。现有的研究只是分析相移量大小、相移位置对光栅反射谱的影响，但是反过来由相移光栅反射谱反推相移光栅中心波长、相移量大小却未有人深入研究。在相移光纤光栅的反射谱中会出现一个或者多个线宽极窄的透射窗口，由于窄带透射窗口的存在，无法直观得到相移光栅中心波长、相移光栅相移量的大小。因此，目前的方法无法有效的对解调相移光纤中心波长及相移量的大小进行解调。
技术实现思路
本专利技术提供了一种解调相移光栅中心波长与相移量的方法、装置和系统，旨在解决无法有效的对相移光栅中心波长及相移量的大小进行解调的问题。为解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的，本专利技术提供了一种解调相移光栅中心波长与相移量的方法，所述方法包括：步骤A：利用寻峰算法对待解调相移光栅的反射谱数据进行计算，得到所述待解调相移光栅的反射谱数据中各反射峰峰值波长；步骤B：利用比较算法对所述待解调相移光栅的反射谱数据中各反射峰峰值波长进行计算，得到所述待解调相移光栅的反射谱数据中反射率最大峰峰值波长与反射率次大峰峰值波长之间的窄带透射峰的反射率最小值对应的波长；步骤C：利用截波算法，从所述待解调相移光栅的反射谱数据中，移除所述反射率最大峰峰值波长与反射率次大峰峰值波长之间的窄带透射峰的光谱数据，以得到截波后的待解调相移光栅的反射谱数据；步骤D：利用数据拟合算法，对所述截波后的待解调相移光栅的反射谱数据进行数据拟合以得到预设参数的值；步骤E：将所述预设参数的值分别带入预设的中心波长计算公式和预设的3dB带宽计算公式中进行计算，以得到所述待解调相移光栅的中心波长和3dB带宽；步骤F：基于所述窄带透射峰的反射率最小值对应的波长、所述待解调相移光栅的中心波长和3dB带宽，进行相移量分析以得到所述待解调相移光栅的相移量。进一步地，当所述步骤D中，所述数据拟合算法采用二次函数拟合算法时，则所述步骤E之前还包括：若在所述截波后的待解调相移光栅的反射谱数据中，反射率最大峰峰值波长λa大于反射率次大峰峰值波长λb时，则由所述反射率次大峰峰值波长λb在反射谱中向左寻找第一个反射率极小值点的对应波长λx，由所述反射率最大峰峰值波长λa在反射谱中向右寻找第一个反射率极小值点的对应波长λy；若在所述截波后的待解调相移光栅的反射谱数据中，所述反射率最大峰峰值波长λa小于所述反射率次大峰峰值波长λb时，则由所述反射率最大峰峰值波长λa在反射谱中向左寻找第一个反射率极小值点的对应波长λx，由所述反射率次大峰峰值波长λb在反射谱中向右寻找第一个反射率极小值点的对应波长λy；移除所述截波后的待解调相移光栅的反射谱数据中波长值小于λx的光谱数据，移除所述截波后的待解调相移光栅的反射谱数据中波长值大于λy的光谱数据，将余下的光谱数据作为优化截波后的待解调相移光栅的反射谱数据。进一步地，若所述数据拟合算法为二次函数拟合算法，则所述步骤D具体包括：利用所述二次函数拟合算法，对所述优化截波后的待解调相移光栅的反射谱数据进行数据拟合，以得到二次项系数a、一次项系数b以及常数项c；或者；若所述数据拟合算法为高斯函数拟合算法，则在步骤C后，所述步骤D具体包括：利用所述高斯函数拟合算法，对所述截波后的待解调相移光栅的反射谱数据进行数据拟合，以得到方程系数B、以及拟合生成的波长与反射率之间的映射曲线的位置参数μ和分布离散程度描述参数σ进一步地，若所述步骤D中采用所述二次函数拟合算法，则所述步骤E具体包括：将所述二次项系数a、一次项系数b以及常数项c分别带入所述预设的中心波长计算公式(3)和预设的3dB带宽计算公式(4)中进行计算，得到所述待解调相移光栅的中心波长λd和所述3dB带宽Δλ，计算公式如下：λd＝-b/2a(3)或者；若所述步骤D中采用所述高斯函数拟合算法，则所述步骤E具体包括：将所述方程系数B、以及所述拟合生成的波长与反射率之间的映射曲线的位置参数μ和分布离散程度描述参数σ，分别带入所述预设的中心波长计算公式(5)和预设的3dB带宽计算公式(6)中进行计算，得到所述待解调相移光栅的中心波长λd和所述3dB带宽Δλ，计算公式如下：λd＝μ(5)进一步地，所述步骤F中，所述待解调相移光栅的相移量计算公式如下：其中，表示所述待解调相移光栅的相移量，k表示相移灵敏度，C表示方程常数项，λc表示所述窄带透射峰的反射率最小值对应的波长，λd表示所述待解调相移光栅的中心波长，Δλ表示所述3dB带宽。本专利技术还提供了一种解调相移光栅中心波长与相移量的数据处理装置，所述装置包括：寻峰算法模块，用于利用寻峰算法对待解调相移光栅的反射谱数据进行计算得到所述待解调相移光栅的反射谱数据中各反射峰峰值波长；比较算法模块，用于利用比较算法对所述待解调相移光栅的反射谱数据中各反射峰峰值波长进行计算，得到所述待解调相移光栅的反射谱中反射率最大峰峰值波长与反射率次大峰峰值波长之间的窄带透射峰的反射率最小值对应的波长；截波算法模块，用于利用截波算法，移除所述待解调相移光栅的反射谱数据中反射率最大峰峰值波长与反射率次大峰峰值波长之间的窄带透射峰的光谱数据，以得到截波后的待解调相移光栅的反射谱数据；数据拟合模块，用于利用数据拟合算法，对所述截波后的待解调相移光栅的反射谱数据进行数据拟合以得到预设参数的值；数据分析模块，用于将所述预设参数的值分别带入预设的中心波长计算公式和预设的3dB带宽计算公式中进行计算，以得到所述待解调相移光栅的中心波长和3dB带宽；相移量分析模块，用于基于所述窄带透射峰的反射率最小值对应的波长、所述待解调相移光栅的中心波长和3dB带宽，进行相移量分析以得到所述待解调相移光栅的相移量。进一步地，当所述数据拟合模块中，所述数据拟合算法采用二次函数拟合算法时，则所述截波算法模块具体用于：若所述待解调相移光栅的反射谱中反射率最大峰峰值波长λa大于所述反射率次大峰峰值波长λb时，则由所述反射率次大峰峰值波长λb在反射谱中向左寻找第一个反射率极小值点的对应波长λx，由所述反射率最大峰峰值波长λa在反射谱中向右寻找第一个反射率极小值点的对应波长λy；若所述待解调相移光栅的反射谱中反射率最大峰峰值波长λa小于所述反射率次大峰峰值波长λb时，则由所述反射率最大峰峰值波长λa在反射谱中向左寻找第一个反射率极小值点的对应波长λx，由所述反射率次大峰峰值波长λb在反射谱中向右寻找第一个反射率极小值点的对应波长λy；移除所述待解调相移光栅的反射谱中波长值小于λx的光谱数据，移除所述待解调相移光栅的反射谱中波长值大于λy的光谱数据，将余下的光谱数据作为所述截波后的待解调相移光栅的反射谱数据。本专利技术还提供了一种解调相移光栅中心波长与相移量的系统，所述系统包含上述的数据处理装置；所述系统还包括光源单元、相移光栅单元、光耦合单元以及光谱采集单元；所述光源单元的输出端口与所述光耦合单元的第一端口连接；所述相移光栅单元的输入端口与所述光耦合单元的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种解调相移光栅中心波长与相移量的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤A：利用寻峰算法对待解调相移光栅的反射谱数据进行计算，得到所述待解调相移光栅的反射谱数据中各反射峰峰值波长；步骤B：利用比较算法对所述待解调相移光栅的反射谱数据中各反射峰峰值波长进行计算，得到所述待解调相移光栅的反射谱数据中反射率最大峰峰值波长与反射率次大峰峰值波长之间的窄带透射峰的反射率最小值对应的波长；步骤C：利用截波算法，从所述待解调相移光栅的反射谱数据中，移除所述反射率最大峰峰值波长与反射率次大峰峰值波长之间的窄带透射峰的光谱数据，以得到截波后的待解调相移光栅的反射谱数据；步骤D：利用数据拟合算法，对所述截波后的待解调相移光栅的反射谱数据进行数据拟合以得到预设参数的值；步骤E：将所述预设参数的值分别带入预设的中心波长计算公式和预设的3dB带宽计算公式中进行计算，以得到所述待解调相移光栅的中心波长和3dB带宽；步骤F：基于所述窄带透射峰的反射率最小值对应的波长、所述待解调相移光栅的中心波长和3dB带宽，进行相移量分析以得到所述待解调相移光栅的相移量。

【技术特征摘要】
1.一种解调相移光栅中心波长与相移量的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤A：利用寻峰算法对待解调相移光栅的反射谱数据进行计算，得到所述待解调相移光栅的反射谱数据中各反射峰峰值波长；步骤B：利用比较算法对所述待解调相移光栅的反射谱数据中各反射峰峰值波长进行计算，得到所述待解调相移光栅的反射谱数据中反射率最大峰峰值波长与反射率次大峰峰值波长之间的窄带透射峰的反射率最小值对应的波长；步骤C：利用截波算法，从所述待解调相移光栅的反射谱数据中，移除所述反射率最大峰峰值波长与反射率次大峰峰值波长之间的窄带透射峰的光谱数据，以得到截波后的待解调相移光栅的反射谱数据；步骤D：利用数据拟合算法，对所述截波后的待解调相移光栅的反射谱数据进行数据拟合以得到预设参数的值；步骤E：将所述预设参数的值分别带入预设的中心波长计算公式和预设的3dB带宽计算公式中进行计算，以得到所述待解调相移光栅的中心波长和3dB带宽；步骤F：基于所述窄带透射峰的反射率最小值对应的波长、所述待解调相移光栅的中心波长和3dB带宽，进行相移量分析以得到所述待解调相移光栅的相移量。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述步骤D中，所述数据拟合算法采用二次函数拟合算法时，则所述步骤E之前还包括：若在所述截波后的待解调相移光栅的反射谱数据中，反射率最大峰峰值波长λa大于反射率次大峰峰值波长λb时，则由所述反射率次大峰峰值波长λb在反射谱中向左寻找第一个反射率极小值点的对应波长λx，由所述反射率最大峰峰值波长λa在反射谱中向右寻找第一个反射率极小值点的对应波长λy；若在所述截波后的待解调相移光栅的反射谱数据中，所述反射率最大峰峰值波长λa小于所述反射率次大峰峰值波长λb时，则由所述反射率最大峰峰值波长λa在反射谱中向左寻找第一个反射率极小值点的对应波长λx，由所述反射率次大峰峰值波长λb在反射谱中向右寻找第一个反射率极小值点的对应波长λy；移除所述截波后的待解调相移光栅的反射谱数据中波长值小于λx的光谱数据，移除所述截波后的待解调相移光栅的反射谱数据中波长值大于λy的光谱数据，将余下的光谱数据作为优化截波后的待解调相移光栅的反射谱数据。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，若所述数据拟合算法为二次函数拟合算法，则所述步骤D具体包括：利用所述二次函数拟合算法，对所述优化截波后的待解调相移光栅的反射谱数据进行数据拟合，以得到二次项系数a、一次项系数b以及常数项c；或者；若所述数据拟合算法为高斯函数拟合算法，则在步骤C后，所述步骤D具体包括：利用所述高斯函数拟合算法，对所述截波后的待解调相移光栅的反射谱数据进行数据拟合，以得到方程系数B、以及拟合生成的波长与反射率之间的映射曲线的位置参数μ和分布离散程度描述参数σ。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，若所述步骤D中采用所述二次函数拟合算法，则所述步骤E具体包括：将所述二次项系数a、一次项系数b以及常数项c分别带入所述预设的中心波长计算公式(3)和预设的3dB带宽计算公式(4)中进行计算，得到所述待解调相移光栅的中心波长λd和所述3dB带宽Δλ，计算公式如下：λd＝-b/2a(3)或者；若所述步骤D中采用所述高斯函数拟合算法，则所述步骤E具体包括：将所述方程系数B、以及所述拟合生成的波长与反射率之间的映射曲线的位置参数μ和分布离散程度描述参数σ，分别带入所述预设的中心波长计算公式(5)和预设的3dB带宽计算公式(6)中进行计算，得到所述待解调相移光栅的中心波长λd和所述3dB带宽Δλ，计算公式如下：λd＝μ(5)5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤F中，所述待解调相移光栅的相移量计算公式如下：其中，表示所述待解调相移光栅的相移量，k表示相移灵敏度，C表示方程常数项，λc表示所述窄带透射峰的反射率最小值对应的波长，λd表示所述待解调相移光栅的中心波...

【专利技术属性】
技术研发人员：王义平，何俊，许金山，
申请(专利权)人：深圳市光子传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44