一种激光扫频式高分辨率波长解调装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于光学传感技术领域，具体涉及一种基于激光扫频技术的激光扫频式高分辨率波长解调装置，主体结构包括激光器、温度控制器、分束器、光环形器、气体吸收池、光学谐振腔、光电探测器、工控机和电流控制器，通过工控机控制电压输出模块周期性输出斜三角波信号，加载到电流控制器上，改变激光器的注入电流，从而改变激光器的出射波长，引入气体吸收池作为参考通道，通过互相关算法计算出传感峰值与参考峰值的时间延迟，有效补偿了环境波动引起的激光频率漂移，提高了解调稳定性；其结构简单、光源利用率高、分辨率高、稳定性好、信噪比高，引入气体吸收池光路作为参考光路，降低了对环境波动的敏感性，提高了长期稳定性。提高了长期稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种激光扫频式高分辨率波长解调装置

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[0001]本专利技术属于光学传感
，具体涉及一种基于激光扫频技术的激光扫频式高分辨率波长解调装置。

技术介绍
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[0002]光导纤维是由两层折射率不同的玻璃组成：内层为光内芯，直径为几微米至几十微米，外层的直径为0.1～0.2mm，一般内芯玻璃的折射率比外层玻璃大1％。根据光的折射和全反射原理,当光线射到内芯和外层界面的角度大于产生全反射的临界角时，光线透不过界面，全部反射。
[0003]光纤传输有许多突出的优点：频带宽，频带的宽窄代表传输容量的大小，载波的频率越高，可以传输信号的频带宽度就越大，在VHF频段，载波频率为48.5MHz～300Mhz，可见光的频率达100000GHz，比VHF频段高出一百多万倍；损耗低，在同轴电缆组成的系统中，最好的电缆在传输800MHz信号时，每公里的损耗都在40dB以上，相比之下，光导纤维的损耗则要小得多，传输1.31um的光，每公里损耗在0.35dB以下若传输1.55um的光，每公里损耗更小，可达0.2dB以下；重量轻，用4～48根光纤组成的光缆直径还不到13mm，比标准同轴电缆的直径47mm小得多，基于光纤是玻璃纤维，比重小，安装十分方便；抗干扰能力强，光纤的基本成分是石英，只传光，不导电，不受电磁场的作用，在其中传输的光信号不受电磁场的影响，在光纤中传输的信号不易被窃听，利于保密；保真度高，光纤传输一般不需要中继放大，不会因为放大引入新的非线性失真；工作性能可靠，光纤系统包含的设备数量少(不像电缆系统那样需要几十个放大器)，可靠性自然也就高，加上光纤设备的寿命都很长，无故障工作时间达50万～75万小时，其中寿命最短的是光发射机中的激光器，最低寿命也在10万小时以上；成本低，光纤传输信息的带宽，每6个月增加1倍，而价格降低1倍，由于制作光纤的材料(石英)来源十分丰富，随着技术的进步，成本还会进一步降低。
[0004]虽然光纤具有诸多优点，但是，现有技术中的光纤波长解调装备依然存在波长分辨率低、价格昂贵、多通道解调能力弱的技术问题，例如，中国专利202210409148公开的一种光纤光栅波长解调仪，包括宽带平坦光源、环形器、光纤光栅、分束器、若干个窄带透射滤光片、光电二极管、跨阻放大器和差分放大电路；相邻两个窄带透射滤光片倾斜角度不同，与相对应的放大和差分电路组成波长解调通道。
[0005]中国专利202111465687公开的级联光纤光栅传感阵列的位置及波长解调系统，由超连续谱激光源、光分路器、光环形器、光纤光栅传感器阵列、传感光偏振分束器、参考光偏振分束器、X轴光合束器、Y轴光合束器、X轴光谱色散器、Y轴光谱色散器、X轴CCD波长阵列探测器、Y轴CCD波长阵列探测器和数据处理单元组成；超连续谱激光源经光纤连接光分路器的输入端口；光分路器的一个输出端口经光纤连接光环形器的第一端口，光环形器的第二端口经光纤连接光纤光栅传感器阵列，光环形器的第三端口经光纤连接传感光偏振分束器的输入端口，传感光偏振分束器的X轴输出端口经光纤连接X轴光合束器的一个输入端口，传感光偏振分束器的Y轴输出端口经光纤连接Y轴光合束器的一个输入端口；光分路器的另
一个输出端口经光纤连接参考光偏振分束器的输入端口，参考光偏振分束器的X轴输出端口经光纤连接X轴光合束器的另一个输入端口，参考光偏振分束器的Y轴输出端口经光纤连接Y轴光合束器的另一个输入端口；X轴光合束器的输出端口经光纤连接X轴光谱色散器的输入端口，X轴光谱色散器输出端口正对X轴CCD波长阵列探测器的探测窗口，X轴CCD波长阵列探测器的输出端口经电信号线接入数据处理单元的一个输入端口；Y轴光合束器的输出端口经光纤连接Y轴光谱色散器的输入端口，Y轴光谱色散器输出端口正对Y轴CCD波长阵列探测器的探测窗口，Y轴CCD波长阵列探测器的输出端口经电信号线接入数据处理单元的另一个输入端口。
[0006]因此，研发设计一种高分辨波长解调装置，基于激光扫频技术，提高稳定性，具有积极的社会和经济效益。

技术实现思路
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[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计一种激光扫频式高分辨率波长解调装置，通过互相关算法计算出传感峰值与参考峰值的时间延迟，有效补偿环境波动引起的激光频率漂移。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术涉及的一种激光扫频式高分辨率波长解调装置的主体结构包括激光器、温度控制器、分束器、光环形器、气体吸收池、光学谐振腔、光电探测器、工控机和电流控制器；激光器通过分束器分别与若干个光环形器和气体吸收池连接，光环形器和气体吸收池均通过光电探测器与工控机连接，工控机通过电流控制器与激光器连接，形成回路；此外，激光器还与温度控制器连接，光环形器还与光学谐振腔连接。
[0009]本专利技术涉及的激光器为窄线宽激光器，包括DFB激光器，具有窄线宽、单频无跳模范围大、成本低的特点，提供光源；光学谐振腔为传感探头。
[0010]本专利技术涉及的一种激光扫频式高分辨率波长解调装置使用时，光分束器将激光器射出的激光分为包括但不限于2束，一束经过气体吸收池作为参考光路，其他到达光学谐振腔作为传感光路，光电探测器接收来自气体吸收池的透射光信号和来自光学谐振腔的反射光信号，工控机控制数据采集模块同步采集数据，获得传感光路和参考光路在时间域上的光谱信号，并进行滤波、求导和互相关运算等处理，解调出待测信息，工控机控制电压输出模块输出待测信息，由于气体分子吸收线作为标准频率，对其导数进行互相关运算，得到测量谐振峰与参考通道谐振峰在时间上的差值，能够得到光学谐振腔的谐振波长，不同的分支光路具有相同的波长
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时间关系，气体分子吸收池光路作为参考通道，高精细度光学谐振腔光路作为传感通道，气体分子吸收线具有较高的频率稳定性，气体分子吸收峰实时校准的激光器的出射波长。
[0011]本专利技术与现有技术相比，通过工控机控制电压输出模块周期性输出斜三角波信号，加载到电流控制器上，改变激光器的注入电流，从而改变激光器的出射波长，引入气体吸收池作为参考通道，通过互相关算法计算出传感峰值与参考峰值的时间延迟，有效补偿了环境波动引起的激光频率漂移，提高了解调稳定性；其结构简单、光源利用率高、分辨率高、稳定性好、信噪比高，引入气体吸收池光路作为参考光路，降低了对环境波动的敏感性，提高了长期稳定性，适用于解调高精细度光学谐振腔探头，可用于深海探测、地壳形变、环境监测、生命科学等领域。
附图说明：
[0012]图1为本专利技术的主体结构示意图。
[0013]图2为本专利技术涉及的气体吸收池和光学谐振腔的扫频光谱示意图。
[0014]图3为本专利技术涉及的气体吸收池和光学谐振腔的扫频光谱导数示意图。
[0015]图4为本专利技术涉及的气体吸收池和光学谐振腔的扫频光谱导数的互相关结果示意图。
[0016]图5为本专利技术涉及的有无气体吸收池校准的测试结果对比示意图。
具体实施方式：
[0017]下面通过实施例并结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0018本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光扫频式高分辨率波长解调装置，主体结构包括激光器、温度控制器、分束器、光环形器、气体吸收池、光学谐振腔、光电探测器、工控机和电流控制器；其特征在于，激光器通过分束器分别与若干个光环形器和气体吸收池连接，光环形器和气体吸收池均通过光电探测器与工控机连接，工控机通过电流控制器与激光器连接，形成回路。2.根据权利要求1所述的一种激光扫频式高分辨率波长解调装置，其特征在于，激光器还与温度控制器连接，光环形器还与光学谐振腔连接。3.根据权利要求2所述的一种激光扫频式高分辨率波长解调装置，其特征在于，激光器为窄线宽激光器，包括DFB激光器，提供光源。4.根据权利要求3所述的一种激光扫频式高分辨率波长解调装置，其特征在于，光学谐振腔为传感探头。5.根据权利要求2
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4中任一项所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴锜，姬兰婷，赵珊珊，杨博，刘海玲，高莉媛，
申请(专利权)人：德州尧鼎光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：