一种可调谐激光波长检测方法及装置

摘要

本发明涉及一种可调谐激光波长检测方法及装置，其中，检测方法包括如下步骤：做出驱动电流‑光电流曲线；做出驱动电流‑中心波长曲线；根驱动电流‑光电流曲线和驱动电流‑中心波长曲线得出中心波长‑光电流曲线；做出第一状态下的中心波长‑光电流曲线，得出第一光纤光栅的中心波长；做出第二状态下的中心波长‑光电流曲线，得出第二光纤光栅的中心波长；对比第一光纤光栅的中心波长和第二光纤光栅的中心波长即为待测物理参数变化光纤光栅中心波长的漂移量，根据漂移量即可得出待测物理参数的变化量。该方法原理简单、易于实现，且使用上述原理的设备可通过检测激中心波长的漂移量来确定物理参数的变化量，体积小、成本低。

权利要求

1.一种可调谐激光波长的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：激光器的发光端与光探测器连接，在待测物理参数恒定的状态下向激光器输入等间隔增大的驱动电流，并记录各驱动电流下光探测器输出的光电流值，做出驱动电流-光电流曲线；

S2：保持待测物理参数恒定且与S1中的待测物理参数相同，等间隔增大所述驱动电流，并记录各驱动电流下激光器的光谱并记录激光器发光的中心波长，做出驱动电流-中心波长曲线；

S3：根据S1中所得的驱动电流-光电流曲线和S2中所得的驱动电流-中心波长曲线得出中心波长-光电流曲线；

S4：用光探测器检测光栅返回到光探测器的光强，并转化为电流输出，根据S1-S3得出第一状态下的中心波长-光电流曲线，得出第一光纤光栅的中心波长；

S5：当所述待测物理参数发生变化时，根据S1-S3得出第二状态下的中心波长-光电流曲线，得出第二光纤光栅的中心波长；

S6：对比所述第一光纤光栅的中心波长和所述第二光纤光栅的中心波长，即为待测物理参数变化光纤光栅中心波长的漂移量，根据所述漂移量即可得出待测物理参数的变化量。

2.根据权利要求1所述的可调谐激光波长的检测方法，其特征在于，在步骤S4之前，还包括步骤S31：若激光器的调制范围没有覆盖到光纤光栅的中心波长，光探测器输出的光电流近乎为零，调节激光器的调制范围，使其覆盖到光纤光栅的中心波长。

3.根据权利要求1或2所述的可调谐激光波长的检测方法，其特征在于，物理参数为温度参数、应变参数、压力参数、位移参数、液位参数、加速度参数、气体含量参数或弯曲参数。

4.根据权利要求1或2所述的可调谐激光波长的检测方法，其特征在于，等间隔增大驱动电流值为：以0.1mA的间隔从0mA增大至150mA。

5.一种可调谐激光波长的检测装置，其特征在于，包括可调谐半导体激光器、驱动电路板、光探测器、光纤环形器和光栅；所述光纤环形器的第一端口与可调谐半导体激光器的输出端相连，第二端口与所述光栅相连，第三端口与所述光探测器相连，所述驱动电路板可根据权利要求1-4任一项所述的可调谐激光波长的检测方法检测待测物理参数的变化量。

6.根据权利要求5所述的可调谐激光波长的检测装置，其特征在于，还包括复用器，所述光探测器的数量为多个，各所述光探测器串联，且各所述光探测器的输出端均与所述复用器连接。

7.根据权利要求5所述的可调谐激光波长的检测装置，其特征在于，还包括外壳，所述可调谐半导体激光器、所述驱动电路板和所述光纤环形器均位于所述外壳内。

说明书

一种可调谐激光波长检测方法及装置

技术领域

[0001] 本发明属于激光设备检测技术领域，具体涉及一种可调谐激光波长检测方法及装置。

背景技术

[0002] 现有的检测波长漂移量的方法主要是采用布拉格滤波器来进行波长解调，布拉格光栅具有反射特定波长的性质，当一束宽光谱光经过布拉格光栅时，满足光纤光栅布拉格
条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输。当光栅外界的温度或压力改
变时，光栅反射光的中心波长会发生漂移，然后通过检测中心波长的漂移量来确定外界的
温度或压力等物理参数的变化量。

[0003] 布拉格滤波器主要基于可调谐F-P滤波器的可扫描窄带光源和F-P标准具的波长校准，内部有一些参考光学元件，而且F-P标准具有一定的体积，所以外形较大，不适宜经常
移动。另一方面，由于设备内部包含了很多精密光学元件及光学结构，所以价格昂贵。

发明内容

[0004] 本发明旨在提供一种可调谐激光波长检测方法和装置，该方法原理简单、易于实现，且使用上述原理的设备可通过检测激中心波长的漂移量来确定物理参数的变化量，体
积小、成本低。

[0005] 为实现上述目的，本发明所提供的可调谐激光波长的检测方法，包括如下步骤：

[0006] S1：激光器的发光端与光探测器连接，在待测物理参数恒定的状态下向激光器输入等间隔增大的驱动电流，并记录各驱动电流下光探测器输出的光电流值，做出驱动电流-
光电流曲线；

[0007] S2：保持待测物理参数恒定且与S1中的待测物理参数相同，等间隔增大所述驱动电流，并记录各驱动电流下激光器的光谱并记录激光器发光的中心波长，做出驱动电流-中
心波长曲线；

[0008] S3：根据S1中所得的驱动电流-光电流曲线和S2中所得的驱动电流-中心波长曲线得出中心波长-光电流曲线；

[0009] S4：用光探测器检测光栅返回到光探测器的光强，并转化为电流输出，根据S1-S3得出第一状态下的中心波长-光电流曲线，得出第一光纤光栅的中心波长；

[0010] S5：当所述待测物理参数发生变化时，根据S1-S3得出第二状态下的中心波长-光电流曲线，得出第二光纤光栅的中心波长；

[0011] S6：对比所述第一光纤光栅的中心波长和所述第二光纤光栅的中心波长，即为待测物理参数变化光纤光栅中心波长的漂移量，根据所述漂移量即可得出待测物理参数的变
化量。

[0012] 在S1中，向激光器通入驱动电流，激光器发光，然后激光器所发出的光被激光探测器转换成光电流，实现电-光-光-电的转换，保持激光器在待测物理参数恒定的情况下，向
激光器通入等间隔增大的电流，激光器的驱动电流每改变一次，记录光探测器输出的光电
流值并记录，测试完毕后，通过驱动电流与光电流的变化关系得出一条斜率大于0的直线，
即驱动电流-光电流曲线。然后在S2中，保持待测物理参数与S1中相同，向激光器通入等间
隔增大的驱动电流，驱动电流每改变一次，测试一次激光器的光谱并记录激光器发光的中
心波长，得到驱动电流-中心波长曲线。在S3中，通过在S1中所得到的驱动电流-光电流曲线
和在S2中所得到的驱动电流-中心波长曲线，得到第一中心波长-光电流曲线，即得到中心
波长与光电流的关系。

[0013] 以上S1-S3为光栅调节仪的调制方法，即通过激光器驱动电流与光探测器输出的光电流的关系和激光器驱动电流与激光器中心波长的关系得出中心波长与光电流的关系。

[0014] 将光纤光栅接入解调系统，然后用光探测器检测光栅返回到光探测器的光强。当外界环境因素稳定时，光探测器检测到返回的光强并转化为电流输出，得出第一状态下的
中心波长-光电流曲线，此时从该曲线上可以得出，在激光器的波长调制范围内，有一特定
的波长对应的光电流非常大，说明光探测器接收到了光纤光栅返回的光，由于光栅只对特
定波长的光有反射作用，其他波长则会透过光栅，所以曲线其他位置光强较弱，由此可得出
第一光纤光栅的中心波长。而当待测物理参数发生变化后，根据与S1-S3获得第二状态下的
光电流-中心波长曲线，进而得出第二光纤光栅的中心波长。

[0015] 最后，通过S4与S5的曲线图变化的对比，可得出不同曲线对应中心波长的变化值，即为待测物理参数变化光纤光栅中心波长的漂移量，进而可根据该漂移量得出待测物理参
数的变化量。

[0016] 光纤光栅反射光的中心波长取决于光栅的条纹间距，而条纹间距是由所施加的应变或温度等物理参数所决定的，当外界物理参数变化时，光栅的条纹间距会发生变化，光纤
光栅的中心波长会移动，我们可以通过检测波长的偏移量来确定物理参数的变化。上述方
法原理简单、且容易实现，实现过程中无需使用F-P滤波器或F-P标准具等，体积小，且成本
低。

[0017] 优选地，在步骤S4之前，还包括步骤S31：若激光器的调制范围没有覆盖到光纤光栅的中心波长，光探测器输出的光电流近乎为零，调节激光器的调制范围，使其覆盖到光纤
光栅的中心波长。

[0018] 优选地，所述物理参数为温度参数、应变参数、压力参数、位移参数、液位参数、加速度参数、气体含量参数或弯曲参数。

[0019] 优选地，等间隔增大驱动电流值为：以0.1mA的间隔从0mA增大至150mA。

[0020] 另外，本发明所提供的可调谐激光波长的检测装置，包括可调谐半导体激光器、驱动电路板、光探测器、光纤环形器和光栅；所述光纤环形器的第一端口与可调谐半导体激光
器的输出端相连，第二端口与所述光栅相连，第三端口与所述激光探测器相连，所述驱动电
路板可根据上述可调谐激光波长的检测方法检测待测物理参数的变化量。

[0021] 该可调谐激光波长检测装置可仅由可调谐半导体激光器、驱动电路板、光探测器和光纤环形器组成，其中驱动电路板可根据上述可调谐激光波长的检测方法通过可调谐半
导体激光器探测器和光纤环形器对待测物理参数进行测量，该可调谐激光波长检测装置体
积较小，便于移动，使用方便，且该装置成本较低。

[0022] 优选地，还包括复用器，所述光探测器的数量为两个或多个，各所述光探测器串联，且各所述光探测器的输出端均与所述复用器连接。

[0023] 优选地，还包括外壳，所述可调谐半导体激光器、所述驱动电路板和所述光纤环形器均位于所述外壳内。

附图说明

[0024] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

[0025] 图1是本发明实施例1的可调谐激光波长检测方法的流程框图；

[0026] 图2是本发明实施例1的可调谐激光波长检测方法的详细流程框图；

[0027] 图3是本发明实施例1的检测温度的驱动电流-光电流曲线；

[0028] 图4是本发明实施例1的检测温度的驱动电流-中心波长曲线；

[0029] 图5是本发明实施例1的检测温度的中心波长-光电流曲线；

[0030] 图6是本发明实施例1的检测温度的第一状态下的中心波长-光电流曲线；

[0031] 图7是本发明实施例1的检测温度的第二状态下的中心波长-光电流曲线；

[0032] 图8是本发明实施例1的检测温度的光电流为零的中心波长-光电流曲线。

具体实施方式

[0033] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0034] 实施例1

[0035] 本发明实施例提供一种可调谐激光波长检测方法，如图1所示，包括如下步骤：

[0036] S1：激光器的发光端与光探测器连接，在温度恒定的状态下向激光器输入等间隔增大的驱动电流，并记录各驱动电流下光探测器输出的光电流值，做出驱动电流-光电流曲
线。也就是说，向激光器通入驱动电流，激光器发光，然后激光器所发出的光被激光探测器
转换成光电流，实现电-光-光-电的转换，保持激光器在温度恒定的情况下，向激光器通入
等间隔增大的电流，激光器的驱动电流每改变一次，记录光探测器输出的光电流值并记录，
测试完毕后，通过驱动电流与光电流的变化关系得出一条斜率大于0的直线，即驱动电流-
光电流曲线，如图3所示。

[0037] S2：保持温度恒定且与S1中的温度相同，等间隔增大驱动电流，驱动电流每改变一次，测试一次激光器的光谱并记录激光器发光的中心波长，得到驱动电流-中心波长曲线，
如图4所示。

[0038] S3：根据S1中所得的驱动电流-光电流曲线和S2中所得的驱动电流-中心波长曲线得出中心波长-光电流曲线，如图5所示；即得到中心波长与光电流的关系。

[0039] 以上S1-S3为光栅调节仪的调制方法，即通过激光器驱动电流与光探测器输出的光电流的关系，和激光器驱动电流与激光器中心波长的关系得出中心波长与光电流的关
系。

[0040] S4：将光纤光栅接入解调系统，当外界环境因素稳定时，用光探测器检测光栅返回到光探测器的光强，并转化为电流输出，根据S1-S3做出第一状态下的中心波长-光电流曲
线，如图6所示，此时，从该曲线上可以得出，在激光器的波长调制范围内，有一特定的波长
对应的光电流非常大，说明光探测器接收到了光纤光栅返回的光，由于光栅只对特定波长
的光有反射作用，其他波长则会透过光栅，所以曲线其他位置光强较弱，由此可得出第一光
纤光栅的中心波长。

[0041] S5：当温度发生变化时，可根据S1-S3得出第二状态下的中心波长-光电流曲线，进而得到第二光纤光栅的中心波长；

[0042] S6：最后，对比S4的第一光纤光栅的中心波长和S5的第二光纤光栅的中心波长，如图7所示，可得出两条曲线对应的光纤光栅中心波长的变化值，即为温度变化光纤光栅中心
波长的漂移量，进而可根据漂移量即可得出温度的变化量。

[0043] 光纤光栅反射光的中心波长取决于光栅的条纹间距，而条纹间距是由温度所决定的，当外界温度变化时，光栅的条纹间距会发生变化，光纤光栅的中心波长会移动，我们可
以通过检测波长的偏移量来确定温度的变化。上述方法原理简单、且容易实现，实现过程中
无需使用F-P滤波器或F-P标准具等，体积小，且成本低。

[0044] 在上述实施例中，在S3后，将光纤光栅接入解调系统，然后用光探测器检测光栅返回到光探测器的光强。若激光器的调制范围没有覆盖到光纤光栅的中心波长，光探测器输
出的光电流近乎为零的情况，如图8所示，此种原因是由于激光器的调制范围并未覆盖光纤
光栅的中心波长，因此，在本实施例中，在步骤S4之前，如图2所示，还设有S31：若激光器的
调制范围没有覆盖到光纤光栅的中心波长，光探测器输出的光电流近乎为零，调节激光器
的调制范围，使其覆盖到光纤光栅的中心波长。

[0045] 在上述实施例中，通过该可调谐激光波长检测方法，可以测量温度在第一状态下和第二状态下的变化量，当然，此处温度还可以是其他物理参数，也就是说，通过该调谐激
光波长检测方法可检测应变、压力、位移、液位、加速度、气体含量或弯曲等物理参数。

[0046] 在上述实施例中，在S1和S2中通过等间隔增大驱动电流以获得驱动电流-光电流曲线和驱动电流-中心波长曲线，其中该等间隔增大电流可以选用以0.1mA的间隔从0mA增
大至150mA，便于精确测出所要检测的待检测物理参数的变化。

[0047] 实施例2

[0048] 本发明实施例还提供了一种可调谐激光波长的检测装置，该检测装置包括可调谐半导体激光器、驱动电路板、光探测器、光纤环形器和光栅；光纤环形器的第一端口与可调
谐半导体激光器的输出端相连，第二端口与光栅相连，第三端口与激光探测器相连，驱动电
路板可根据实施例1中的可调谐激光波长的检测方法检测待测物理参数的变化量。

[0049] 该可调谐激光波长检测装置可仅由可调谐半导体激光器、驱动电路板、光探测器和光纤环形器组成，其中驱动电路板可根据上述可调谐激光波长的检测方法通过可调谐半
导体激光器探测器和光纤环形器对待测物理参数进行测量，该可调谐激光波长检测装置体
积较小，便于移动，使用方便，且该装置成本较低。

[0050] 在上述实施例中，还可以采用波分复用技术，因此，该检测装置还设有复用器，同时将光探测器的数量设为两个或多个，各光探测器串联，且各光探测器的输出端均与复用
器连接。可实现一根光纤上串联过个激光探测器，通过对不同波长光栅进行特定封装，在一
根光纤上可实现温度、应变等多参数等物理参数的实时测量。

[0051] 在上述实施例中，该检测装置还设有外壳，其中，可调谐半导体激光器、驱动电路板和光纤环形器均位于外壳内，该外壳可保持该检测装置的内部清洁，且为内部各部件提
供保护作用。

[0052] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0053] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另
有明确具体的限定。

[0054] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内
部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情
况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0055] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第
一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

[0056] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不
必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任
一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技
术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结
合和组合。

[0057] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述
实施例进行变化、修改、替换和变型。