【技术实现步骤摘要】
一种用于太赫兹时域光谱系统的光功率自适应调节方法及装置
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[0001]本专利技术属于太赫兹光谱和成像
，具体涉及一种用于太赫兹时域光谱系统的光功率自适应调节方法及装置。
技术介绍
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[0002]太赫兹波是介于微波和红外波段的一种穿透能力强、光子能量低的电磁波，其频率在0.1～10THz(1THz＝10
12
Hz)之间。太赫兹光谱和成像系统是利用太赫兹波进行光电导采样，广泛应用于物质识别、安全检查、材料与结构的无损探伤、生物组织的活体检查、无线通信等领域。
[0003]在采样中，飞秒激光器产生的激光激发光电导天线产生光生载流子，这些载流子在太赫兹脉冲电场的作用下形成电流，通过探测电流的变化即可实现对太赫兹脉冲的测量。要想实现良好的探测精度，并且避免飞秒激光器因光功率过大对光电导天线造成损伤，因此，飞秒激光器的光功率精确控制成为了太赫兹时域光谱系统的关键部分。
[0004]目前，市面上成熟的飞秒激光器有朗研激光器、Toptick激光器等，其探测和发射的光功率都是固定不变的，分别为10mW～100mW不等。然而，将飞秒激光器应用到太赫兹时域光谱系统中时，为适配不同的光纤长度和空间光路，需要对激光器的光功率进行调整。因此，光功率衰减器的应用成为必然。
[0005]当下广泛应用的是机械式可变衰减器(MVOA)，其工作方式是将光纤模场直径扩束到几毫米直径，通过调节旋钮，带动遮挡板来遮挡光纤光路达到衰减的效果。MVOA具有很好的光学参数如小于1.5dB的插入损耗，
‑>30dB的回波损耗，0.01dB的分辨率。尽管MVOA的可靠性好，精度高，但同时也有调试复杂、响应速度慢、体积大、调好后不易锁紧等缺点。从目前的国内外研究和应用情况看，电控可调衰减器(EVOA)也在应用，具有响应时间短，集成化高的特点，但是其成本较高、无法自动调节等缺点。
技术实现思路
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[0006]针对目前MVOA调试复杂、响应速度慢、调好后不易锁紧的问题，以及现有EVOA成本高，无法自动调节等缺点，本专利技术公开了一种用于太赫兹时域光谱系统的光功率自适应调节方法及装置，主控MCU通过对脉冲占空比的调整，实现对EVOA衰减值的精准控制，进而实现光功率的自适应调节。本专利技术克服了现有MVOA和EVOA的以上缺陷，具有调试简易、响应速度快、控制精度高、自适应调节、实时性好等特点，可广泛应用在太赫兹时域光谱系统中。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术涉及的一种用于太赫兹时域光谱系统的光功率自适应调节装置，包括飞秒激光器、发射电控可调衰减器、探测电控可调衰减器、发射光分路器、探测光分路器、电控可调衰减器电源控制单元，光功率转换输送模块和主控MCU；
[0008]所述飞秒激光器用于发出两束飞秒脉冲，一束为泵浦光，一束为探测光，所述发射电控可调衰减器用于接收泵浦光，发射光分路器与发射电控可调衰减器连接，用于将泵浦
光分成第一光束和第二光束，所述探测电控可调衰减器用于接收探测光，探测光分路与探测电控可调衰减器连接，用于将探测光分成第三光束和第四光束；
[0009]其中，第二光束发送到THZ信号发射器，第四光束发送到THZ信号探测器，第一光束和第三光束均发送到光功率转换输送模块，光功率转换输送模块用于采集输送和转换发射光分路器和探测光分路器发来的光功率信号，主控MCU分别与光功率转换输送模块和电控可调衰减器电源控制单元连接，电控可调衰减器电源控制单元分别与发射电控可调衰减器和探测电控可调衰减器连接，主控MCU采集、解析光功率转换输送模块发来的光功率信号，与对应发射端光功率阈值或探测端光功率阈值进行对比，向电控可调衰减器电源控制单元输出对应脉冲占空比信号，电控可调衰减器电源控制单元基于接收的脉冲占空比信号向发射电控可调衰减器和探测电控可调衰减器输出电压。
[0010]具体地，所述光功率转换输送模块包括光电二极管、转换器模块和A/D模块，第一光束和第三光束均发送到光电二极管，光电二极管用于将光信号转换成光电流信号，转换器模块与光电二极管连接用于将光电流信号转换成电压信号，A/D模块与转换器模块连接用于将模拟电压信号转换成数字电压信号，主控MCU与A/D模块连接。
[0011]主控MCU和飞秒激光器连接，用于控制飞秒激光器的开启、关闭、复位、锁模等工作过程，所述上位机PC与主控MCU连接，用于飞秒脉冲激光器光功率的设定、发射端光功率阈值和探测端光功率阈值设定等。
[0012]较佳地，所述光分路器的分光比为5：95。
[0013]进一步说明，转换器模块8采用了ADI公司的AD8304ARUZ
‑
RL7宽动态范围芯片。
[0014]进一步说明，电控可调衰减器电源控制单元，基于罗姆BD9227F电源芯片设计，额定工作电压为6V～20V，开关频率1MHz，最大输出电流1A。
[0015]本专利技术涉及的一种用于太赫兹时域光谱系统的光功率自适应调节方法，具体包括以下步骤：
[0016]1)飞秒激光器探测端光束经光纤进入到探测电控可调衰减器，衰减后的光束进入探测光分路器，探测光分路器将一路光纤分成两路光纤，其中一路光纤与光电二极管连接，另一路光纤连接THZ信号探测器，同理，飞秒激光器输出端的光束依次经过发射电控可调衰减器和发射光分路器，发射光分路器将将一路光纤分成两路光纤，其中一路光纤与光电二极管连接，另一路光纤连接THZ信号发射器；
[0017]2)光电二极管7将光信号转换为光电流，光电流经转换器将电流信号转换成电压信号，转换后的电压信号经过A/D模块后，由主控MCU进行采集；
[0018]3)主控MCU将采集到的数据进行解析后，将解析后发射端光功率数值与发射端光功率阈值进行对比，如果数值大于最大值，主控MCU向电控可调衰减器电源控制单元发送信号增加发射端脉冲的占空比，增加发射电控可调衰减器输入电压，进而降低发射端的光功率；如果解析后的数值小于最小值，主控MCU向电控可调衰减器电源控制单元发送信号减小发射端脉冲的占空比，降低发射电控可调衰减器输入电压，进而增加发射端的发射光功率，如此重复直至解析后的数值在阈值范围内，同理，将解析后探测端光功率数值与探测端光功率阈值进行对比，如果数值大于最大值，主控MCU向电控可调衰减器电源控制单元发送信号增加探测端脉冲的占空比，增加探测电控可调衰减器输入电压，进而降低探测端的光功率；如果解析后的数值小于最小值，主控MCU向电控可调衰减器电源控制单元发送信号减小
探测端脉冲的占空比，降低探测电控可调衰减器输入电压，进而增加探测端的发射光功率，如此重复直至解析后的数值在阈值范围内；
[0019]4)上位机PC11对主控MCU10上传的数据进行解析，并通过上位机PC11进行实时显示，同时，激光器光功率阈值的设置和功能指令的实现等都在上位机PC11进行实现。
[0020]本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点：
[0021]1、现有太赫兹时域光谱系统中使用的光功率衰减器是MVOA，调试本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于太赫兹时域光谱系统的光功率自适应调节装置，其特征在于，包括飞秒激光器、发射电控可调衰减器、探测电控可调衰减器、发射光分路器、探测光分路器、电控可调衰减器电源控制单元，光功率转换输送模块、主控MCU；所述飞秒激光器用于发出两束飞秒脉冲，一束为泵浦光，一束为探测光，所述发射电控可调衰减器用于接收泵浦光，发射光分路器与发射电控可调衰减器连接，用于将泵浦光分成第一光束和第二光束，所述探测电控可调衰减器用于接收探测光，探测光分路与探测电控可调衰减器连接，用于将探测光分成第三光束和第四光束；其中，第二光束发送到THZ信号发射器，第四光束发送到THZ信号探测器，第一光束和第三光束均发送到光功率转换输送模块，光功率转换输送模块用于采集输送和转换发射光分路器和探测光分路器发来的光功率信号，主控MCU分别与光功率转换输送模块和电控可调衰减器电源控制单元连接，电控可调衰减器电源控制单元分别与发射电控可调衰减器和探测电控可调衰减器连接，主控MCU采集、解析光功率转换输送模块发来的光功率信号，与对应发射端光功率阈值或探测端光功率阈值进行对比，向电控可调衰减器电源控制单元输出对应脉冲占空比信号，电控可调衰减器电源控制单元基于接收的脉冲占空比信号向发射电控可调衰减器和探测电控可调衰减器输出电压。2.根据权利要求1所述的用于太赫兹时域光谱系统的光功率自适应调节装置，其特征在于，所述光功率转换输送模块包括光电二极管、转换器模块和A/D模块，第一光束和第三光束均发送到光电二极管，光电二极管用于将光信号转换成光电流信号，转换器模块与光电二极管连接用于将光电流信号转换成电压信号，A/D模块与转换器模块连接用于将模拟电压信号转换成数字电压信号，主控MCU与A/D模块连接。3.根据权利要求1所述的用于太赫兹时域光谱系统的光功率自适应调节装置，其特征在于，主控MCU和飞秒激光器连接，用于控制飞秒激光器的开启、关闭、复位和锁模，上位机PC与主控MCU连接，用于飞秒脉冲激光器光功率的设定、发射端光功率阈值和探测端光功率阈值设定。4.根据权利要求1所述的用于太赫兹时域光谱系统的光功率自适应调节装置...
【专利技术属性】
技术研发人员：管玉超，朱新勇，张朝惠，刘永利，郭永玲，初文怡，秦政飞，
申请(专利权)人：青岛青源峰达太赫兹科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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