本发明公开了一种有源光纤光子暗化测试的电路系统，该系统主要包括核心控制及状态检测电路，工作状态指示电路，功率、频率、脉宽可调的脉冲激光器种子泵浦驱动电路，功率可调的一级泵浦激光器驱动电路，功率可调的二级泵浦大功率激光器驱动电路和功率探测电路。本发明的有益效果：设计了一种一控多的半导体激光器驱动电路，组成了有源光纤光子暗化测试所需要的一种光纤激光器电路系统，该光纤激光器的种子源功率、频率、脉宽可调，一级泵浦和二级泵浦功率可调，能够满足不同参数设置下的有源光纤光子暗化测试；并且设计了系统内置的功率测试电路，实现系统对有源光纤光子暗化的一体化测试。
1.一种有源光纤光子暗化测试的电路系统，其特征在于：由核心控制及状态检测电路、工作状态指示电路、种子源驱动电路、一级泵浦驱动电路、二级泵浦驱动电路和光功率探测电路组成；种子源、第一隔离器、一级泵浦、波分复用器、第二隔离器、二级泵浦、二级泵浦保护器以及光纤合束器组成有源光纤光子暗化测试所需的光路；所述光功率探测电路提供有源光纤光子暗化测试数据；整个电路系统由计算机进行通讯和控制，采集测试数据并处理测试结果显示出来；所述核心控制及状态检测电路用于检测种子源、一级泵浦和二级泵浦的位置、工作电流、功率输出以及故障状态；并且用于控制种子源、一级泵浦和二级泵浦的驱动开关、驱动电流、工作频率以及工作脉宽的功能；并且用于采集光功率探测电路的光电转换信号；并且用于与计算机通信，通信方式为串口通信、网口通信、USB通信或无线通信。
2.如权利要求1所述的有源光纤光子暗化测试的电路系统，其特征在于：所述工作状态指示电路用于电源指示，种子源、一级泵浦、二级泵浦位置指示，运行指示，故障指示及电路系统与计算机的通讯指示，指示方式为指示灯的亮、灭、闪烁或者LCD液晶显示指示。
3.如权利要求1或2所述的有源光纤光子暗化测试的电路系统，其特征在于：所述种子源驱动电路用于调节种子源的驱动电流，以及种子源的驱动电流的频率和脉宽，其中驱动电流为0～1A，驱动电流调节灵敏度为0.25mA，频率为5～500KHz，脉宽为5～500ns；所述种子源驱动电路包括由PWM温控电路与TEC制冷器、热敏电阻组成的恒温电路，用于使管芯工作在恒温状态下，短期功率稳定性<±0.005dB@15min，长期稳定性<±0.02dB@8h；所述种子源驱动电路包括驱动电流取样电阻，用于采集驱动电流并反馈驱动状态；所述种子源驱动电路包括还包括管芯功率探测及放大电路，用于反馈光输出功率状态；所述种子源驱动电路与核心控制及状态检测电路连接的接口处有位置判断上拉电阻，通过判断高低电平确定是否连接到位。
4.如权利要求1或2所述的有源光纤光子暗化测试的电路系统，其特征在于：所述一级泵浦驱动电路用于调节一级泵浦的驱动电流，其中驱动电流范围0～1A，驱动电流调节灵敏度0.25mA；所述一级泵浦驱动电路包括由PWM温控电路与TEC制冷器、热敏电阻组成的恒温电路，用于使管芯工作在恒温状态下，短期功率稳定性<±0.005dB@15min，长期稳定性<±
0.02dB@8h；所述一级泵浦驱动电路包括驱动电流取样电阻，用于采集驱动电流并反馈驱动状态；所述一级泵浦驱动电路包括还包括管芯功率探测及放大电路，用于反馈光输出功率状态；所述一级泵浦驱动电路与核心控制及状态检测电路的接口处有位置判断上拉电阻，通过判断高低电平确定是否连接到位。
5.如权利要求1或2所述的有源光纤光子暗化测试的电路系统，其特征在于：所述二级泵浦驱动电路用于调节所述二级泵浦的驱动电流，其中驱动电流范围0～10A，驱动电流调节灵敏度4.6mA；所述二级泵浦驱动电路包括热沉及风扇风冷的双重散热，功率稳定性<±
0.02dB；所述二级泵浦驱动电路包括驱动电流取样电阻，用于采集驱动电流和反馈驱动状态；所述二级泵浦驱动电路包括管芯功率探测及放大电路，用于反馈光输出功率状态；所述二级泵浦驱动电路包括与核心控制及状态检测电路的接口处有位置判断上拉电阻，通过判断高低电平确定是否连接到位。
6.如权利要求1或2所述的有源光纤光子暗化测试的电路系统，其特征在于：所述光功率探测电路用于实现光电转换功能、放大功能以及温度补偿功能；功率探头接收光波长范围100～20000nm，校准波长1064nm，接收功率范围：0～50W，输出电压范围：0～10V，线性度<±0.5％，重复性<1％。
7.如权利要求3所述的有源光纤光子暗化测试的电路系统，其特征在于：所述种子源中心波长为1064nm。
8.如权利要求1或2所述的有源光纤光子暗化测试的电路系统，其特征在于：所述一级泵浦中心波长为976nm，所述二级泵浦中心波长为915nm。
9.如权利要求1至8任一项所述有源光纤光子暗化测试的电路系统的运行方式，其特征在于，首先，电路系统上电自动检测各泵浦模块位置状态、恒流源驱动电路状态、泵浦光功率状态，并控制工作状态指示电路显示自检结果，如果自检没通过，则不允许计算机对电路系统进行操作，自检通过后允许计算机对电路系统进行操作；然后通过计算机设置用户需要的各种参数，种子源驱动电流、工作频率、脉宽，一级泵浦工作电流、二级泵浦工作电流；
设置好参数后依次打开三个泵浦，顺序是种子源、一级泵浦、二级泵浦；开泵后自动触发光功率电路功率信号采集、温度信号采集并传输到计算机上；计算机收到功率信号和温度信号后对功率值进行计算并进行温补，给出正确的光功率值；计算机对光功率值进行数据处理得出最终的光子暗化测试结果以曲线方式显示出来并以预设的格式保存在文档中。
一种有源光纤光子暗化测试的电路系统
技术领域
[0001] 本发明属于光纤测试技术领域，更具体地，涉及一种有源光纤光子暗化测试的电路系统。
背景技术
[0002] 随着光通信技术的飞速发展，光纤激光器也逐渐发展起来，而作为光纤激光器的主要增益介质，有源掺稀土光纤的稳定性非常重要，其中光子暗化是其中一个非常重要的参数，光子暗化效应是一种诱导吸收损耗现象，会导致掺杂光纤芯层背景损耗永久性增加，所以测试掺稀土光纤光子暗化是非常必要的。
发明内容
[0003] 本发明要解决的技术问题是，针对有源掺稀土光纤光子暗化效应，提供了一种测试参数可调、工作稳定、可一体化测试光子暗化效应并显示测试结果的电路系统。
[0004] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0005] 一种有源光纤光子暗化测试的电路系统，包括核心控制及状态检测电路、工作状态指示电路、种子源驱动电路、一级泵浦驱动电路、二级泵浦驱动电路以及光功率探测电路。所述核心控制及状态检测电路包括中央处理器及外设电路、种子源控制及状态检测接口、一级泵浦控制及状态检测接口、二级泵浦控制及状态检测接口、光功率探测及温度传感器接口、状态指示电路接口、计算机通信接口。所述中央处理器及外设电路由高速处理器、处理器最小系统、及高速DA、AD、和处理器IO口组成，是控制、检测和采集其他电路模块的核心部分；所述种子源控制及状态检测接口、一级泵浦控制及状态检测接口、二级泵浦控制及状态检测接口、光功率探测及温度传感器接口、状态指示电路接口、计算机通信接口分别是连接种子源驱动电路、、一级泵浦驱动电路、二级泵浦驱动电路、光功率探测电路、工作状态指示电路和计算机的接口。
[0006] 所述工作状态指示电路包括工作状态指示接口和工作状态指示器件；所述工作状态指示器件为指示灯或LCD液晶显示，指示方式为指示灯亮、灭、闪烁或LCD液晶显示状态。
[0007] 所述种子源驱动电路包括种子源驱动接口、位置状态电路、脉冲发生电路、开关电路、恒流源驱动电路、PWM温控电路、管芯功率探测电路、种子源管芯、热插拔电路。所述位置状态电路是由上拉电阻组成，核心控制及状态检测电路通过判断高低电平判断种子源的插拔状态；所述脉冲发生电路可被控制调节频率和脉宽，频率调节范围为5～500KHz，脉宽调节范围为5～500ns；所述开关电路由模拟开关或继电器组成，控制对恒流源电路的驱动状态；所述恒流源驱动电路产生驱动电流驱动种子源发光，其驱动电流可调，且带取样电阻，采集驱动电流的实际值，形成闭环反馈电路，保证驱动电流恒定，同时判断恒流源驱动电路工作状态；该恒流源驱动电流可调，电流范围为0～1A，电流调节灵敏度0.25mA；所述PWM温控电路控制管芯工作在恒温状态，其与TEC半导体制冷器、热敏电阻组成闭环反馈控制电路，有效保证管芯的工作状态；所述管芯功率探测电路包括光电转换电路、放大电路，采集管芯输出光功率大小，判断管芯输出功率稳定性，形成闭环控制，保证输出稳定的光功率，同时可检测管芯的工作状态；种子源驱动电路的几个工作状态反馈可以很好的判断种子源故障原因，位置状态判断种子源电路是否连接，驱动电流工作状态反馈判断恒流源是否工作正常，管芯光功率反馈判断管芯是否工作正常，光纤是否断纤等故障，综合其三种状态检测，可以的排查基本故障点；该驱动电路形成的种子源模块，短期功率稳定性<±0.005dB@15min，长期稳定性<±0.02dB@8h。
[0008] 所述一级泵浦驱动电路包括一级泵浦驱动接口、位置状态电路、开关电路、恒流源驱动电路、PWM温控电路、管芯功率探测电路、种子源管芯、热插拔电路，其各个部分的基本电路功能与种子源驱动电路类似。该驱动电路形成的一级泵浦模块，短期功率稳定性<±0.005dB@15min，长期稳定性<±0.02dB@8h。
[0009] 所述二级泵浦驱动电路包二级泵浦驱动接口、位置状态电路、开关电路、散热风扇、大电流恒流源驱动电路、管芯功率探测电路、种子源管芯、热插拔电路。其中二级泵浦驱动接口、位置状态电路、开关电路、管芯功率探测电路、热插拔电路基本功能与种子源驱动电路类似。所述大电流恒流源驱动电路采用大功率MOS管组成的恒流源电路或者PLD恒流驱动电路，驱动电流范围0～10A；所述散热风扇在管芯驱动的同时启动，对管芯及管芯热沉进行风冷；该二级泵浦管芯输出功率较大，散热量较大，同时采用热沉被动散热和风冷主动散热的方式；该驱动电路形成的二级泵浦模块主要依靠闭环反馈和软件算法进行功率稳定性控制，功率稳定性<±0.02dB。
[0010] 所述光功率探测电路，包括光功率探头、光电转换电路、信号放大电路光功率探测电路接口和温度传感器电路。所述光功率探头、光电转换电路、信号放大电路是将经过被测光纤的光功率转换为电信号，放大到方便处理的电压范围；所述温度传感器电路是探测功率探头部分的实际温度情况，并根据温度变化对探测光功率进行温度补偿；该光电探测电路模块光电公式如下：
[0011] Φ＝U/Z (1)
[0012] 其中Φ为探测光功率，U为采集电压值，Z为探测器灵敏度，其中Z受温度影响，所以要进行温度补偿，温度补偿公式如下：
[0013] Z＝Z0+(T-T0)*ZC (2)
[0014] 其中Z0为校正温度下的标准灵敏度，ZC为相对于标准灵敏度的线性校正系数，T0为校正温度，T为实际温度。
[0015] 公式(2)中Z0、T0、ZC是特定值，T为温度传感器探测的值，由此可得出温补后的Z值；公式(1)中U为电路采集的光电转换电压值，由公式(2)和公式(1)可打出最终的探测功率值；该光功率探测电路功率接收范围：0～50W，线性度<±0.5％，重复性<1％。
[0016] 本发明的工作原理：由计算机进行控制，设置好参数的种子源发出的脉冲激光经过第一隔离器与设置好驱动电流的一级泵浦输出的泵浦光经WDM合成一束光后，经过预放大有源掺杂光纤，然后经过第二隔离器与设置好驱动电流的二级泵浦输出的泵浦光分别经过光纤合束器的信号端和泵浦端，经合束后输出的光为待测有源掺杂光纤提供测量用信号，信号经过有源掺杂光纤后耦合到功率探头，光功率探测电路采集的功率电压值返回给计算机，进行数据处理，最终得出光暗测试结果。
附图说明
[0017] 图1是本发明核心控制与状态检测电路的结构示意图；
[0018] 图2是本发明状态指示电路的结构示意图；
[0019] 图3是本发明种子源驱动电路的结构示意图；
[0020] 图4是本发明一级泵浦驱动电路的结构示意图；
[0021] 图5是本发明二级泵浦驱动电路的结构示意图；
[0022] 图6是本发明光功率探测电路的结构示意图；
[0023] 图7是本发明有源光纤光暗测试光路系统的结构图；
[0024] 图8是本发明有源光纤光暗测试电路系统的结构图；
[0025] 图9是本发明有源光纤光子暗化测试整体系统的结构图；
[0026] 在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
[0027] 1-种子源驱动电路，2-第一隔离器，3-一级泵浦驱动电路，4-一级泵浦保护器，5-波分复用器，6-预放大有源掺杂光纤，7-第二隔离器，8-二级泵浦驱动电路，9-二级泵浦保护器，10-光纤合束器，11-被测光纤，12-光功率探测电路。
具体实施方式
[0028] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0029] 参照图1～图8所示，本发明所述的有源光纤光子暗化测试的电路系统，包括核心控制及状态检测电路、工作状态指示电路、种子源驱动电路、一级泵浦驱动电路、二级泵浦驱动电路、光功率探测电路，以上电路根据光路和电气连接的共同需求进行连接，形成最终的测试系统。
[0030] 图1所示核心控制及状态检测电路包括中央处理器及外设电路、种子源控制及状态检测接口、一级泵浦控制及状态检测接口、二级泵浦控制及状态检测接口、光功率探测及温度传感器接口、状态指示电路接口、计算机通信接口。其中连线代表电气连接，箭头方向代表信号的方向，根据此原理示意图进行电路设计。
[0031] 图2所示工作状态指示电路包括工作状态指示接口和工作状态指示器件。主要电气信号方向由接口指向工作状态指示器件，可为指示灯或LED，具体指示内容包括电源指示，种子源、一级泵浦、二级泵浦的位置、运行、故障状态，计算机与系统的通信状态。根据所述内容进行电路设计的具体实施。
[0032] 图3、图4、图5分别是种子源驱动电路、一级泵浦驱动电路和二级泵浦驱动电路的示意图。三者大部分的电路设计相似，相同的电路设计部分包括位置状态电路、开关电路、管芯功率探测电路、热插拔电路。位置状态电路由上拉电阻组成；开关电路由模拟开关或继电器组成；管芯功率探测电路由光电二极管、运算放大器、电流转电压电路、滤波电路、信号放大电路组成，将光信号转为电流信号，电流信号转为电压信号，经滤波，适当放大。种子源驱动电路中的脉冲发生器电路是由高速的FPGA模块编程行成，频率、脉宽可调；种子源驱动电路和一级泵浦驱动电路中的PWM温控电路，是由温控芯片、TEC制冷器、热敏电阻组成；种子源驱动电路和一级泵浦驱动电路中的恒流源电路由高速DA、运算放大器、MOS管、取样电阻等共同组成；二级泵浦驱动电路中的大电流恒流源驱动电路由高速DA、运放、大功率MOS管、取样电阻共同组成或者由高速DA、PLD驱动电路、取样电阻组成。具体的电路设计实施根据图3、4、5的电气连接和上述的细节进行。
[0033] 图6为功率探测电路示意图。包含光功率探头、光电转换电路、信号放大电路、光功率探测电路接口、温度传感电路。其中光功率探头、光电转换电路、信号放大电路将接收的激光信号转换为适合采集的电信号，温度传感器电路为光功率探测电路提供温度测量，进行温度补偿，电路设计参照图6。
[0034] 设计好的各电路模块部分以光器件的方式连接到光路系统中。连接方式根据图7所示的有源光纤光暗测试光路系统图。由图可知，光路中涉及到的模块分别为种子源驱动电路1、一级泵浦驱动电路3、二级泵浦驱动电路8和光功率探测电路12。具体的实施方法如图7所示，种子源驱动电路1经第一隔离器2，和一级泵浦驱动电路3经一级泵浦保护器4分别进入波分复用器(WDM)5的两端后合成一束信号经预放大有源掺杂光纤6和第二隔离器7与二级泵浦驱动电路8经二级泵浦保护器9共同进入合束器10后合束为一束测试激光，进入被测光纤11后耦合到光功率探测电路12上。
[0035] 设计好的各电路模块之间的电气连接得实施按图8所示的有源光纤光暗测试电路系统图进行。以核心控制及状态检测电路为中心，种子源驱动电路、一级泵浦驱动电路、二级泵浦驱动电路、光功率探测电路、状态指示电路分别接到核心控制及状态检测电路的种子源控制及状态检测接口、一级泵浦控制及状态检测接口、二级泵浦控制及状态检测接口、光功率探测及温度传感器接口、状态指示电路接口；计算机通信接口接到有源光纤光暗测试电路系统需要的计算机上。
[0036] 图9为本发明有源光纤光子暗化测试整体系统示意图，一种有源光纤光暗测试电路系统的运行方式如下：首先，上电自检，系统自动检测各泵浦模块位置状态、恒流源驱动电路状态、泵浦光功率状态，并控制工作状态指示电路显示自检结果，如果自检没通过，则不允许计算机对系统进行操作，自检通过后允许计算机对电路系统进行操作；然后通过计算机设置用户需要的各种参数，种子源驱动电流、工作频率、脉宽，一级泵浦工作电流、二级泵浦工作电流；设置好参数后依次打开三个泵浦，顺序是种子源、一级泵浦、二级泵浦，方式可以是手动依次打开泵浦开关或者一键顺序延时开泵；开泵后自动触发光功率电路功率信号采集、温度信号采集并传输到计算机上；计算机收到功率信号和温度信号后对功率值进行计算并进行温补，给出正确的光功率值；计算机对光功率值进行数据处理得出最终的光子暗化测试结果以曲线方式显示出来并以预设的格式保存在文档中。
[0037] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
