采用Ｆ－Ｐ标准具进行可调谐光滤波器非线性测试的方法及装置制造方法及图纸

一种用Ｆ－Ｐ标准具进行可调谐光滤波器非线性测试的方法及装置。该装置包括可调谐激光器与光功率模块、基于可调谐光滤波器的测试模块、Ｆ－Ｐ标准具模块以及中央处理模块四部分。Ｆ－Ｐ标准具可在较大范围内提供多个参考波长，利用多项式拟合法对可调谐光滤波器的波长－电压关系进行拟合，可以刻画可调谐光滤波器的波长响应特性，实现了对可调谐光滤波器中ＰＺＴ驱动电压和光滤波器透射带之间非线性关系的研究。与现有测试方法相比，本发明专利技术提出的方法提供了多个参考波长，大大提高了系统的检测灵敏度。将此方法应用于光纤通信等领域时，利用波长－电压之间的多项式拟合系数检测其他位置的波长值，可实现较大范围内的高精度波长定位。

【技术实现步骤摘要】
采用F-P标准具进行可调谐光滤波器非线性测试的方法及装置
本专利技术属于传感及检测

技术介绍
:可调谐光滤波器是一种波长(频率)选择器件，它的功能是从许多不 同波长的输入光信号中，根据需要选择出特定波长的光信号。伴随着波分复用技术的飞速 发展，可调谐光滤波器的技术也在不断发展、完善。目前，可调谐光滤波器已被广泛应用于 光纤通信、光纤传感以及光谱分析等诸多领域。 当一束单色光入射到由两块具有理想光学表面的平行透明板和端面相互平行的 间隔圈组成的腔体时，光束在端面上将发生多次反射，两个端面的透射光分别形成等倾干 涉条纹，使得满足一定相位关系的透射光很强，其它透射光的强度都非常小，从而实现光滤 波功能。使用压电陶瓷驱动其中一个端面运动，可以改变两个反射端面之间的距离，从而实 现了不同波长光信号的选择。当两个反射端面之间的距离连续改变时，透射光信号的波长 值也相应的连续变化，也就是实现了可调谐光滤波器。由于压电陶瓷(PZT)驱动电压和微 位移之间的关系是非线性的，从而导致了驱动电压和可调谐光滤波器透射波长之间的关系 必然也是非线性的。 已有研究成果已经证明，提供参考波长会比不提供参考波长大大降低由PZT驱动 电压和微位移之间的非线性关系造成的系统误差。F-P标准具可以在宽带光源照射下产生 梳状透射谱，这种梳状谱可以为可调谐光滤波器非线性测试提供多个参考波长。将此方法 应用于系统中，可明显降低系统的波长定位误差。 因此，采用F-P标准具进行可调谐光滤波器非线性测试的方法对于提高系统性 能，降低系统误差具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术目的是解决驱动电压和可调谐光滤波器透射波长之间的非线 性问题，提供一种采用F-P标准具进行可调谐光滤波器非线性测试的方法及装置。 本专利技术应用F-P标准具提供的多个参考波长进行可调谐光滤波器非线性测试，采 用多项式拟合法描述PZT驱动电压和微位移之间的非线性关系，从而在较大范围内降低可调谐光滤波器的波长定位误差。 本专利技术原理 F-P标准具原理示意图如图1所示。若有一束平行白光垂直正入射到一块两面反 射率都很高的F-P标准具上时，cos 9 ' "1。当波长满足 W ' = ;, ",2,…w (1) 时，透射光的强度达到极大；而且在各极大两边的波长处，透射光的强度急剧下降到很低。公式(1)中，m为多光束干涉级次，n'为F-P标准具两平行平板间的介质折射率， h为两平行平板间的距离，入。《为m级干涉条纹对应的波长。从而在F-P标准具的透射方 向上就形成了透射梳状谱，如图2所示。 定义波长上相邻两个透射带的波长差FSR为 zU。(m) e _ A。—i) 。 ; = t i wj (2) 由(1)、(2)两式可知，F-P标准具在两个端面距离h和端面之间介质折射率n'固定时，透射的一系列波长和FSR是固定的。 基于以上F-P标准具的原理，本专利技术提出了一种利用F-P标准具为可调谐光滤波 器提供多个参考波长的非线性测试方法及测试装置。 本专利技术提供的采用F-P标准具进行可调谐光滤波器非线性测试的装置包括，可调 谐激光器与光功率模块、基于可调谐光滤波器的测试模块、F-P标准具模块以及中央处理模 块四部分，其中 第一部分，可调谐激光器与光功率模块组成包括可调谐激光器模块，可调谐激光器模块的输出与第一光环形器的端子①连接，第一光环形器的端子②与第三部分中的光开关进行连接，第一光环形器的端子③与光功率模块连接，可调谐激光器与光功率模块由控制主机进行操作并通过USB-GPIB转换卡与中央处理模块进行双相连接； 第二部分、基于可调谐光滤波器的测试模块组成包括宽带光源，宽带光源与第二光环形器的端子①连接，第二光环形器的端子②与第三部分中的光开关进行连接，第二光环形器的端子③依次连接可调谐光滤波器和光电探测模块，光电探测模块将采集到的信号通过多功能数据采集卡送入中央处理模块中，另外，多功能数据采集卡输出电压，此电压通过窄带放大器后用于驱动可调谐滤波器； 第三部分、F-P标准具模块组成包括光开关的输入端①与输出端③接通时，F-P标准具模块与可调谐激光器与光功率模块接通；光开关的输入端②与输出端③接通时，F-P标准具模块与基于可调谐光滤波器的测试模块接通；光开关的输出端③通过光耦合器与F-P标准具连接，F-P标准具的输出端经过光隔离器再次返回光耦合器； 第四部分、中央处理模块组成包括计算机，该计算机通过USB-GPIB转换卡连接可调谐激光器与光功率模块，并通过多功能数据采集卡与基于可调谐光滤波器的测试模块相连。 本专利技术提供的采用以上所述装置进行可调谐光滤波器非线性的测试方法的步骤 如下 第一、将可调谐激光器模块、光功率模块分别通过环形器与F-P标准具连接，采用 波长步进扫描方式同步工作，扫描一个周期可测得F-P标准具在这一波长范围内的透射波 长，这些波长值通过USB-GPIB转换卡送入计算机中记录下来作为参考波长； 第二、将F-P标准具与基于可调谐光滤波器的测试模块连接，宽带光源1发出的光 通过光环形器、光开关以及光耦合器后射入F-P标准具，经F-P标准具后形成了梳状透射 谱，透射信号返回并进入可调谐光滤波器，并由光电探测器检测光强大小；同时，计算机通 过多功能数据采集卡输出三角波或锯齿波电压，经窄带放大器后用于驱动可调谐滤波器； 多功能数据采集卡上模拟输出与模拟输入端口的同步实现保证了F-P标准具梳状透射谱 采集的准确、有效，记录F-P标准具透射谱对应的驱动电压值； 第三、通过以上两步，分别记录上升沿和下降沿中与参考波长相匹配的、可调谐滤 波器的所有透射波长值以及这些波长对应的驱动电压值，再利用公式(3)进行多项式拟 合，便可绘制可调谐光滤波器的透射波长_驱动电压曲线，用于研究可调谐光滤波器的非4线性特性， 、 =Z"X， "1,2, (3)/=0 其中，Ak为透射波长，Vk为对应的驱动电压，{aj为采用最小二乘法由实验数据 计算得到的多项式拟合系数，N为拟合误差达到最小时对应的拟合次数。 本专利技术的优点和积极效果 本专利技术提出了一种新型可调谐光滤波器非线性测试方法，测试系统中，利用F-P标准具提供的多个透射参考波长，刻画可调谐光滤波器的波长-电压关系，从而实现了对可调谐光滤波器中PZT驱动电压和光滤波器透射带非线性关系的研究。 较现有测试方法，本专利技术提出的方法提供了多个参考波长，从而大大提高了系统的检测灵敏度。将此方法应用于光纤通信、光纤传感以及光谱分析系统时，利用波长_电压之间的多项式拟合系数检测其他位置的波长值，可实现较大范围内的高精度波长定位。因此，本专利技术具有巨大的经济效益和科研价值。附图说明 图1是F-P标准具原理图； 图2是F-P标准具梳状透射谱； 图3是基于F-P标准具的可调谐光滤波器非线性测试装置原理框图； 图中，1是宽带光源、2为第二光环形器、3是光开关、4是F-P标准具、5是光隔离器、6为第一光环形器、7是可调谐激光器模块、8是光功率模块、9是控制主机、10是USB-GPIB转换卡、11是计算机、12多功能数据采集卡、13是窄带放大器、14是可调谐光滤波器、15是光电探测模块、16是光耦合器。 图4是光开关3的第一种状态； 图5是光开关3的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用Ｆ－Ｐ标准具进行可调谐光滤波器非线性测试的装置，其特征在于该装置包括可调谐激光器与光功率模块、基于可调谐光滤波器的测试模块、Ｆ－Ｐ标准具模块以及中央处理模块四部分，其中：　　　　第一部分，可调谐激光器与光功率模块组成包括：可调谐激光器模块，可调谐激光器模块的输出与第一光环形器的端子①连接，第一光环形器的端子②与第三部分中的光开关进行连接，第一光环形器的端子③与光功率模块连接，可调谐激光器与光功率模块由控制主机行操作并通过ＵＳＢ－ＧＰＩＢ转换卡与中央处理模块进行双相连接；　　　　第二部分、基于可调谐光滤波器的测试模块组成包括：宽带光源，宽带光源与第二光环形器的端子①连接，第二光环形器的端子②与第三部分中的光开关进行连接，第二光环形器的端子③依次连接可调谐光滤波器和光电探测模块，光电探测模块将采集到的信号通过多功能数据采集卡送入中央处理模块中，另外，多功能数据采集卡输出电压，此电压通过窄带放大器后用于驱动可调谐滤波器；　　　　第三部分、Ｆ－Ｐ标准具模块组成包括：光开关的输入端①与输出端③接通时，Ｆ－Ｐ标准具模块与可调谐激光器与光功率模块接通；光开关的输入端②与输出端③接通时，Ｆ－Ｐ标准具模块与基于可调谐光滤波器的测试模块接通；光开关的输出端③通过光耦合器与Ｆ－Ｐ标准具连接，Ｆ－Ｐ标准具的输出端经过光隔离器再次返回光耦合器；　　　　第四部分、中央处理模块组成包括：计算机，该计算机通过ＵＳＢ－ＧＰＩＢ转换卡连接可调谐激光器与光功率模块，并通过多功能数据采集卡与基于可调谐光滤波器的测试模块相连。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘铁根，刘琨，江俊峰，张以谟，贾大功，张红霞，梁霄，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]