本發(fā)明屬于激光設(shè)備檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可調(diào)諧激光波長檢測方法及裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的檢測波長漂移量的方法主要是采用布拉格濾波器來進(jìn)行波長解調(diào)，布拉格光柵具有反射特定波長的性質(zhì)，當(dāng)一束寬光譜光經(jīng)過布拉格光柵時，滿足光纖光柵布拉格條件的波長將產(chǎn)生反射，其余的波長透過光纖光柵繼續(xù)傳輸。當(dāng)光柵外界的溫度或壓力改變時，光柵反射光的中心波長會發(fā)生漂移，然后通過檢測中心波長的漂移量來確定外界的溫度或壓力等物理參數(shù)的變化量。

布拉格濾波器主要基于可調(diào)諧F-P濾波器的可掃描窄帶光源和F-P標(biāo)準(zhǔn)具的波長校準(zhǔn)，內(nèi)部有一些參考光學(xué)元件，而且F-P標(biāo)準(zhǔn)具有一定的體積，所以外形較大，不適宜經(jīng)常移動。另一方面，由于設(shè)備內(nèi)部包含了很多精密光學(xué)元件及光學(xué)結(jié)構(gòu)，所以價格昂貴。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種可調(diào)諧激光波長檢測方法和裝置，該方法原理簡單、易于實(shí)現(xiàn)，且使用上述原理的設(shè)備可通過檢測激中心波長的漂移量來確定物理參數(shù)的變化量，體積小、成本低。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的可調(diào)諧激光波長的檢測方法，包括如下步驟：

S1：激光器的發(fā)光端與光探測器連接，在待測物理參數(shù)恒定的狀態(tài)下向激光器輸入等間隔增大的驅(qū)動電流，并記錄各驅(qū)動電流下光探測器輸出的光電流值，做出驅(qū)動電流-光電流曲線；

S2：保持待測物理參數(shù)恒定且與S1中的待測物理參數(shù)相同，等間隔增大所述驅(qū)動電流，并記錄各驅(qū)動電流下激光器的光譜并記錄激光器發(fā)光的中心波長，做出驅(qū)動電流-中心波長曲線；

S3：根據(jù)S1中所得的驅(qū)動電流-光電流曲線和S2中所得的驅(qū)動電流-中心波長曲線得出中心波長-光電流曲線；

S4：用光探測器檢測光柵返回到光探測器的光強(qiáng)，并轉(zhuǎn)化為電流輸出，根據(jù)S1-S3得出第一狀態(tài)下的中心波長-光電流曲線，得出第一光纖光柵的中心波長；

S5：當(dāng)所述待測物理參數(shù)發(fā)生變化時，根據(jù)S1-S3得出第二狀態(tài)下的中心波長-光電流曲線，得出第二光纖光柵的中心波長；

S6：對比所述第一光纖光柵的中心波長和所述第二光纖光柵的中心波長，即為待測物理參數(shù)變化光纖光柵中心波長的漂移量，根據(jù)所述漂移量即可得出待測物理參數(shù)的變化量。

在S1中，向激光器通入驅(qū)動電流，激光器發(fā)光，然后激光器所發(fā)出的光被激光探測器轉(zhuǎn)換成光電流，實(shí)現(xiàn)電-光-光-電的轉(zhuǎn)換，保持激光器在待測物理參數(shù)恒定的情況下，向激光器通入等間隔增大的電流，激光器的驅(qū)動電流每改變一次，記錄光探測器輸出的光電流值并記錄，測試完畢后，通過驅(qū)動電流與光電流的變化關(guān)系得出一條斜率大于0的直線，即驅(qū)動電流-光電流曲線。然后在S2中，保持待測物理參數(shù)與S1中相同，向激光器通入等間隔增大的驅(qū)動電流，驅(qū)動電流每改變一次，測試一次激光器的光譜并記錄激光器發(fā)光的中心波長，得到驅(qū)動電流-中心波長曲線。在S3中，通過在S1中所得到的驅(qū)動電流-光電流曲線和在S2中所得到的驅(qū)動電流-中心波長曲線，得到第一中心波長-光電流曲線，即得到中心波長與光電流的關(guān)系。

以上S1-S3為光柵調(diào)節(jié)儀的調(diào)制方法，即通過激光器驅(qū)動電流與光探測器輸出的光電流的關(guān)系和激光器驅(qū)動電流與激光器中心波長的關(guān)系得出中心波長與光電流的關(guān)系。

將光纖光柵接入解調(diào)系統(tǒng)，然后用光探測器檢測光柵返回到光探測器的光強(qiáng)。當(dāng)外界環(huán)境因素穩(wěn)定時，光探測器檢測到返回的光強(qiáng)并轉(zhuǎn)化為電流輸出，得出第一狀態(tài)下的中心波長-光電流曲線，此時從該曲線上可以得出，在激光器的波長調(diào)制范圍內(nèi)，有一特定的波長對應(yīng)的光電流非常大，說明光探測器接收到了光纖光柵返回的光，由于光柵只對特定波長的光有反射作用，其他波長則會透過光柵，所以曲線其他位置光強(qiáng)較弱，由此可得出第一光纖光柵的中心波長。而當(dāng)待測物理參數(shù)發(fā)生變化后，根據(jù)與S1-S3獲得第二狀態(tài)下的光電流-中心波長曲線，進(jìn)而得出第二光纖光柵的中心波長。

最后，通過S4與S5的曲線圖變化的對比，可得出不同曲線對應(yīng)中心波長的變化值，即為待測物理參數(shù)變化光纖光柵中心波長的漂移量，進(jìn)而可根據(jù)該漂移量得出待測物理參數(shù)的變化量。

光纖光柵反射光的中心波長取決于光柵的條紋間距，而條紋間距是由所施加的應(yīng)變或溫度等物理參數(shù)所決定的，當(dāng)外界物理參數(shù)變化時，光柵的條紋間距會發(fā)生變化，光纖光柵的中心波長會移動，我們可以通過檢測波長的偏移量來確定物理參數(shù)的變化。上述方法原理簡單、且容易實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)過程中無需使用F-P濾波器或F-P標(biāo)準(zhǔn)具等，體積小，且成本低。

優(yōu)選地，在步驟S4之前，還包括步驟S31：若激光器的調(diào)制范圍沒有覆蓋到光纖光柵的中心波長，光探測器輸出的光電流近乎為零，調(diào)節(jié)激光器的調(diào)制范圍，使其覆蓋到光纖光柵的中心波長。

優(yōu)選地，所述物理參數(shù)為溫度參數(shù)、應(yīng)變參數(shù)、壓力參數(shù)、位移參數(shù)、液位參數(shù)、加速度參數(shù)、氣體含量參數(shù)或彎曲參數(shù)。

優(yōu)選地，等間隔增大驅(qū)動電流值為：以0.1mA的間隔從0mA增大至150mA。

另外，本發(fā)明所提供的可調(diào)諧激光波長的檢測裝置，包括可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器、驅(qū)動電路板、光探測器、光纖環(huán)形器和光柵；所述光纖環(huán)形器的第一端口與可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的輸出端相連，第二端口與所述光柵相連，第三端口與所述激光探測器相連，所述驅(qū)動電路板可根據(jù)上述可調(diào)諧激光波長的檢測方法檢測待測物理參數(shù)的變化量。

該可調(diào)諧激光波長檢測裝置可僅由可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器、驅(qū)動電路板、光探測器和光纖環(huán)形器組成，其中驅(qū)動電路板可根據(jù)上述可調(diào)諧激光波長的檢測方法通過可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器探測器和光纖環(huán)形器對待測物理參數(shù)進(jìn)行測量，該可調(diào)諧激光波長檢測裝置體積較小，便于移動，使用方便，且該裝置成本較低。

優(yōu)選地，還包括復(fù)用器，所述光探測器的數(shù)量為兩個或多個，各所述光探測器串聯(lián)，且各所述光探測器的輸出端均與所述復(fù)用器連接。

優(yōu)選地，還包括外殼，所述可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器、所述驅(qū)動電路板和所述光纖環(huán)形器均位于所述外殼內(nèi)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的可調(diào)諧激光波長檢測方法的流程框圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的可調(diào)諧激光波長檢測方法的詳細(xì)流程框圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1的檢測溫度的驅(qū)動電流-光電流曲線；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例1的檢測溫度的驅(qū)動電流-中心波長曲線；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例1的檢測溫度的中心波長-光電流曲線；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例1的檢測溫度的第一狀態(tài)下的中心波長-光電流曲線；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例1的檢測溫度的第二狀態(tài)下的中心波長-光電流曲線；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例1的檢測溫度的光電流為零的中心波長-光電流曲線。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

實(shí)施例1

本發(fā)明實(shí)施例提供一種可調(diào)諧激光波長檢測方法，如圖1所示，包括如下步驟：

S1：激光器的發(fā)光端與光探測器連接，在溫度恒定的狀態(tài)下向激光器輸入等間隔增大的驅(qū)動電流，并記錄各驅(qū)動電流下光探測器輸出的光電流值，做出驅(qū)動電流-光電流曲線。也就是說，向激光器通入驅(qū)動電流，激光器發(fā)光，然后激光器所發(fā)出的光被激光探測器轉(zhuǎn)換成光電流，實(shí)現(xiàn)電-光-光-電的轉(zhuǎn)換，保持激光器在溫度恒定的情況下，向激光器通入等間隔增大的電流，激光器的驅(qū)動電流每改變一次，記錄光探測器輸出的光電流值并記錄，測試完畢后，通過驅(qū)動電流與光電流的變化關(guān)系得出一條斜率大于0的直線，即驅(qū)動電流-光電流曲線，如圖3所示。

S2：保持溫度恒定且與S1中的溫度相同，等間隔增大驅(qū)動電流，驅(qū)動電流每改變一次，測試一次激光器的光譜并記錄激光器發(fā)光的中心波長，得到驅(qū)動電流-中心波長曲線，如圖4所示。

S3：根據(jù)S1中所得的驅(qū)動電流-光電流曲線和S2中所得的驅(qū)動電流-中心波長曲線得出中心波長-光電流曲線，如圖5所示；即得到中心波長與光電流的關(guān)系。

以上S1-S3為光柵調(diào)節(jié)儀的調(diào)制方法，即通過激光器驅(qū)動電流與光探測器輸出的光電流的關(guān)系，和激光器驅(qū)動電流與激光器中心波長的關(guān)系得出中心波長與光電流的關(guān)系。

S4：將光纖光柵接入解調(diào)系統(tǒng)，當(dāng)外界環(huán)境因素穩(wěn)定時，用光探測器檢測光柵返回到光探測器的光強(qiáng)，并轉(zhuǎn)化為電流輸出，根據(jù)S1-S3做出第一狀態(tài)下的中心波長-光電流曲線，如圖6所示，此時，從該曲線上可以得出，在激光器的波長調(diào)制范圍內(nèi)，有一特定的波長對應(yīng)的光電流非常大，說明光探測器接收到了光纖光柵返回的光，由于光柵只對特定波長的光有反射作用，其他波長則會透過光柵，所以曲線其他位置光強(qiáng)較弱，由此可得出第一光纖光柵的中心波長。

S5：當(dāng)溫度發(fā)生變化時，可根據(jù)S1-S3得出第二狀態(tài)下的中心波長-光電流曲線，進(jìn)而得到第二光纖光柵的中心波長；

S6：最后，對比S4的第一光纖光柵的中心波長和S5的第二光纖光柵的中心波長，如圖7所示，可得出兩條曲線對應(yīng)的光纖光柵中心波長的變化值，即為溫度變化光纖光柵中心波長的漂移量，進(jìn)而可根據(jù)漂移量即可得出溫度的變化量。

光纖光柵反射光的中心波長取決于光柵的條紋間距，而條紋間距是由溫度所決定的，當(dāng)外界溫度變化時，光柵的條紋間距會發(fā)生變化，光纖光柵的中心波長會移動，我們可以通過檢測波長的偏移量來確定溫度的變化。上述方法原理簡單、且容易實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)過程中無需使用F-P濾波器或F-P標(biāo)準(zhǔn)具等，體積小，且成本低。

在上述實(shí)施例中，在S3后，將光纖光柵接入解調(diào)系統(tǒng)，然后用光探測器檢測光柵返回到光探測器的光強(qiáng)。若激光器的調(diào)制范圍沒有覆蓋到光纖光柵的中心波長，光探測器輸出的光電流近乎為零的情況，如圖8所示，此種原因是由于激光器的調(diào)制范圍并未覆蓋光纖光柵的中心波長，因此，在本實(shí)施例中，在步驟S4之前，如圖2所示，還設(shè)有S31：若激光器的調(diào)制范圍沒有覆蓋到光纖光柵的中心波長，光探測器輸出的光電流近乎為零，調(diào)節(jié)激光器的調(diào)制范圍，使其覆蓋到光纖光柵的中心波長。

在上述實(shí)施例中，通過該可調(diào)諧激光波長檢測方法，可以測量溫度在第一狀態(tài)下和第二狀態(tài)下的變化量，當(dāng)然，此處溫度還可以是其他物理參數(shù)，也就是說，通過該調(diào)諧激光波長檢測方法可檢測應(yīng)變、壓力、位移、液位、加速度、氣體含量或彎曲等物理參數(shù)。

在上述實(shí)施例中，在S1和S2中通過等間隔增大驅(qū)動電流以獲得驅(qū)動電流-光電流曲線和驅(qū)動電流-中心波長曲線，其中該等間隔增大電流可以選用以0.1mA的間隔從0mA增大至150mA，便于精確測出所要檢測的待檢測物理參數(shù)的變化。

實(shí)施例2

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種可調(diào)諧激光波長的檢測裝置，該檢測裝置包括可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器、驅(qū)動電路板、光探測器、光纖環(huán)形器和光柵；光纖環(huán)形器的第一端口與可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的輸出端相連，第二端口與光柵相連，第三端口與激光探測器相連，驅(qū)動電路板可根據(jù)實(shí)施例1中的可調(diào)諧激光波長的檢測方法檢測待測物理參數(shù)的變化量。

該可調(diào)諧激光波長檢測裝置可僅由可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器、驅(qū)動電路板、光探測器和光纖環(huán)形器組成，其中驅(qū)動電路板可根據(jù)上述可調(diào)諧激光波長的檢測方法通過可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器探測器和光纖環(huán)形器對待測物理參數(shù)進(jìn)行測量，該可調(diào)諧激光波長檢測裝置體積較小，便于移動，使用方便，且該裝置成本較低。

在上述實(shí)施例中，還可以采用波分復(fù)用技術(shù)，因此，該檢測裝置還設(shè)有復(fù)用器，同時將光探測器的數(shù)量設(shè)為兩個或多個，各光探測器串聯(lián)，且各光探測器的輸出端均與復(fù)用器連接?？蓪?shí)現(xiàn)一根光纖上串聯(lián)過個激光探測器，通過對不同波長光柵進(jìn)行特定封裝，在一根光纖上可實(shí)現(xiàn)溫度、應(yīng)變等多參數(shù)等物理參數(shù)的實(shí)時測量。

在上述實(shí)施例中，該檢測裝置還設(shè)有外殼，其中，可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器、驅(qū)動電路板和光纖環(huán)形器均位于外殼內(nèi)，該外殼可保持該檢測裝置的內(nèi)部清潔，且為內(nèi)部各部件提供保護(hù)作用。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)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觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。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，或僅僅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，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個或多個實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。