一种超高波长分辨率的无源光器件光谱扫描装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超高波长分辨率的无源光器件光谱扫描装置，涉及光学测量技术领域，包括控制模块、可调谐激光器模块、50:50分光器模块、光电检波模块1、光电检波模块2、信号放大模块、接口模块、显示模块；控制模块分别与可调谐激光器模块、信号放大模块、显示模块、接口模块电连接，可调谐激光器模块、50:50分光器模块、光电检波模块1、光电检波模块2通过光纤互为连接，光电检波模块1、光电检波模块2再与信号放大模块电连接，从而构成一个光谱扫描装置。利用高分辨率的光纤布拉格光栅传感器解调系统及高精度的光谱分析系统，实现分辨率0.01pm的无源光器件光谱扫描，能够实现0.01pm的超高波长分辨率，很好的实现高测量精度、高测量速度。

A Spectral Scanning Device and Method for Passive Optical Devices with Ultra-High Wavelength Resolution

【技术实现步骤摘要】
一种超高波长分辨率的无源光器件光谱扫描装置及方法
本专利技术涉及光学测量
，特别涉及一种提高对无源光器件的测量范围、测量精度和测量速度的装置及方法，是一种利用极窄特征光谱，实现0.01pm的超高波长分辨率无源光器件光谱扫描测量装置及方法，其适用于光纤通信、光纤传感等领域中。
技术介绍
在光纤传感领域和光纤通讯领域，无源光器件是重要组成器件之一。为了获得良好的系统性能，无源光器件的性能至关重要，需要对其内部精细结构进行测量，因而测量方法就起着至关重要的作用。普遍使用的方法主要有基于光谱仪或激光扫描系统的测量方法，但它们只能得到无源光器件的幅度响应。另外，为了防止外界扰动的影响，波长域的无源光器件精细结构(频率响应)测量除了要求高精度以外，还需要具有较快的测量速度。目前，普通商业化使用的光谱扫描装置分辨率只有0.02nm，不能满足精细结构测量所要求的分辨率。除此之外，使用光谱仪或激光扫描系统方法进行测量时，因每次扫描速度较慢且扫描次数较多导致整体(过程)扫描速度变慢，也即限制了对整个器件的测量速度。最近，为了提高测量的精度和灵敏度，人们采用了光频域反射计(OFDR)的方法。虽然现有的商业OFDR的分辨率可达1pm，但是这种OFDR技术对可调激光源的要求比较高，并且这种可调光源实现起来具有一定困难，不具有大量实用的可行性。此外，市售有的光纤传感器和密集波分复用模块等光器件具有小于0.1pm的极窄特征光谱，常规的光谱仪和可调谐激光扫描系统的分辨率只能达到1pm的极限分辨率,检测精度低，无法满足高精度测量的需要。由于对网络带宽要求不断提高，用于全光网络的无源光器件的市场也不断扩大，对无源光器件光谱扫描精度和速度提出了更高要求。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出了一种超高波长分辨率的无源光器件光谱扫描装置，能够实现0.01pm的超高波长分辨率，很好的解决了高测量精度、高测量速度这个问题。本专利技术采用如下技术方案实现：一种超高波长分辨率的无源光器件光谱扫描装置，包括控制模块、可调谐激光器模块、50:50分光器模块、光电检波模块1、光电检波模块2、信号放大模块、接口模块、显示模块；控制模块的第一接口与所述可调谐激光器模块的控制接口电连接；可调谐激光器模块的光信号输出端通过光纤与所述50:50分光器模块的第一接口连接；50:50分光器模块的第二接口通过光纤与被测无源光器件的一端连接；50:50分光器模块的第三接口通过光纤与光电检波模块1的第一接口连接；光电检波模块1的第二接口与所述信号放大模块的第一接口电连接；信号放大模块的第二接口与光电检波模块2的第二接口电连接；光电检波模块2的第一接口通过光纤与被测无源光器件的另一端连接；信号放大模块的第三接口与控制模块的第二接口电连接；控制模块的第三接口与接口模块电连接；控制模块的第四接口与显示模块电连接；所述控制模块用于控制可调谐激光器模块以特定的步进波长进行光谱扫描；所述可调谐激光器模块用于产生0.01pm高分辨率的光谱信号；光电检波模块1以及光电检波模块2用于对各自输入的光信号进行光电转换；信号放大模块用于对输入的信号进行信号放大处理。优选地，还包括电源模块；所述电源模块分别与控制模块的电源端、信号放大模块的电源端以及显示模块的电源端连接，为各个模块提供电能。优选地，所述特定的步进波长为0.01pm的步进波长。优选地，所述控制模块包括ARM微处理器、激光器驱动、A/D转换模块、存储器、通信接口、显示接口、电源单元；所述ARM微处理器的第一接口与激光器驱动电连接；ARM微处理器的第二接口与A/D转换模块电连接；ARM微处理器的第三接口与显示接口电连接；ARM微处理器的第四接口与通信接口电连接；ARM微处理器的第五接口与存储器电连接；ARM微处理器的电源端与电源单元电连接；ARM微处理器输出控制信号至激光器驱动，激光器驱动输出信号控制可调谐激光器模块以高分辨率0.01pm的步进波长进行光谱扫描；A/D转换模块接收来自信号放大模块的电信号进行A/D转换，最后送入ARM微处理器进行信号分析处理，记录转换结果及当前的波长值，信号处理完成后，通过显示接口送入显示模块进行测量结果显示；显示接口送入显示模块进行数据显示，或者通过通信接口传输给电脑，电脑软件将数据表绘制成光谱图进行显示。优选地，所述可调谐激光器模块包括嵌入式微处理器、TEC控制器、闭环控制电流源、调制光栅激光器、激光通信接口、激光电源；嵌入式微处理器的第一接口与TEC控制器第一接口电连接，TEC控制器第二接口与调制光栅激光器第一接口电连接；嵌入式微处理器的第二接口与闭环控制电流源第一接口电连接，闭环控制电流源第二接口与调制光栅激光器第二接口电连接；嵌入式微处理器的第三接口与激光通信接口电连接；嵌入式微处理器的电源接口与激光电源电连接；嵌入式微处理器通过通信接口接收控制模块的控制指令，然后控制所述闭环控制电流源实现调制光栅激光器激光输出控制和波长调谐；嵌入式微处理器控制TEC控制器锁定调制光栅激光器的工作温度到28±0.02℃以实现调制光栅激光器的激光输出的波长和功率锁定。优选地，所述闭环控制电流源至少能够实现5路电流控制。本专利技术提供的基于上述述的超高波长分辨率的无源光器件光谱扫描装置的无源光器件光谱扫描方法，包括以下步骤：第1步，系统开始，装置初始化；第2步，光谱扫描装置的控制模块通过接口模块接收外部设备的指令，开始激光扫描检测；第3步，控制模块控制可调谐激光器模块以一个0.01pm的步进波长进行激光扫描输出；第4步，50:50分光器模块接收可调谐激光器模块输出的激光扫描信号，并将激光扫描信号按50%：50%比例送入被测无源光器件，同时接收被测无源光器件的反射光信号；第5步，光电检测模块1接收来自50:50分光器模块的被测无源光器件的反射光信号，进行光信号转换为电流信号，送入信号放大模块；第6步，光电检测模块2接收被测无源光器件的透射光谱，进行光信号转换为电流信号，送入信号放大模块进行电流信号放大；第7步，信号放大模块接收来自光电检测模块1和光电检测模块2的电流信号，将电流信号进行电流-电压转换，并对数放大成电压信号，电压信号送入控制模块；第8步，控制模块接收第6步的电压信号，进行高速模拟/数字转换，转换为数字信号，数值大小等同于被测无源光器件在当前波长下的反射光和透射光光强度值。第9步，一个步进波长扫描结束后，控制模块再控制可调谐激光器模块输出波长增加0.01pm进入下一个步进波长扫描测试，重复第3步；第10步，整个扫描周期结束，波长扫描完成后，就得到了一个完整的波长-光强度参数数据表，通过显示接口送入显示模块进行数据显示，或者通过通信接口传输给电脑，电脑软件将数据表绘制成光谱图进行显示，整个测量结束。本专利技术利用高分辨率的光纤布拉格光栅传感器解调系统及高精度的光谱分析系统，实现了分辨率0.01pm的无源光器件光谱扫描，装置内置了快速可调谐激光光源模块，通过改变可调谐光源的输出波长，扫描被测无源光器件的反射光强度谱线和透射光强度谱线，计算出被测无源光器件的中心波长及光谱特性，能够实现0.01pm的超高波长分辨率，很好的实现高测量精度、高测量速度。附图说明图1是本专利技术的系统构成框图；图2是本专利技术的控制模块结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高波长分辨率的无源光器件光谱扫描装置，其特征在于，包括控制模块（101）、 可调谐激光器模块（102）、50:50分光器模块（103）、光电检波模块1（104）、光电检波模块2（105）、信号放大模块（106）、接口模块（108）、显示模块（109）；控制模块（101）的第一接口与所述可调谐激光器模块（102）的控制接口电连接；可调谐激光器模块（102）的光信号输出端通过光纤与所述50:50分光器模块（103）的第一接口连接；50:50分光器模块（103）的第二接口通过光纤与被测无源光器件的一端连接；50:50分光器模块（103）的第三接口通过光纤与光电检波模块1（104）的第一接口连接；光电检波模块1（104）的第二接口与所述信号放大模块（106）的第一接口电连接；信号放大模块（106）的第二接口与光电检波模块2（105）的第二接口电连接；光电检波模块2（105）的第一接口通过光纤与被测无源光器件的另一端连接；信号放大模块（106）的第三接口与控制模块（101）的第二接口电连接；控制模块（101）的第三接口与接口模块（108）电连接；控制模块（101）的第四接口与显示模块（109）电连接；所述控制模块（101）用于控制可调谐激光器模块（102）以特定的步进波长进行光谱扫描；所述可调谐激光器模块（102）用于产生0.01pm高分辨率的光谱信号；光电检波模块1（104）以及光电检波模块2（105）用于对各自输入的光信号进行光电转换；信号放大模块（106）用于对输入的信号进行信号放大处理。...

【技术特征摘要】
1.一种超高波长分辨率的无源光器件光谱扫描装置，其特征在于，包括控制模块（101）、可调谐激光器模块（102）、50:50分光器模块（103）、光电检波模块1（104）、光电检波模块2（105）、信号放大模块（106）、接口模块（108）、显示模块（109）；控制模块（101）的第一接口与所述可调谐激光器模块（102）的控制接口电连接；可调谐激光器模块（102）的光信号输出端通过光纤与所述50:50分光器模块（103）的第一接口连接；50:50分光器模块（103）的第二接口通过光纤与被测无源光器件的一端连接；50:50分光器模块（103）的第三接口通过光纤与光电检波模块1（104）的第一接口连接；光电检波模块1（104）的第二接口与所述信号放大模块（106）的第一接口电连接；信号放大模块（106）的第二接口与光电检波模块2（105）的第二接口电连接；光电检波模块2（105）的第一接口通过光纤与被测无源光器件的另一端连接；信号放大模块（106）的第三接口与控制模块（101）的第二接口电连接；控制模块（101）的第三接口与接口模块（108）电连接；控制模块（101）的第四接口与显示模块（109）电连接；所述控制模块（101）用于控制可调谐激光器模块（102）以特定的步进波长进行光谱扫描；所述可调谐激光器模块（102）用于产生0.01pm高分辨率的光谱信号；光电检波模块1（104）以及光电检波模块2（105）用于对各自输入的光信号进行光电转换；信号放大模块（106）用于对输入的信号进行信号放大处理。2.根据权利要求1所述的超高波长分辨率的无源光器件光谱扫描装置，其特征在于，还包括电源模块（107）；所述电源模块（107）分别与控制模块（101）的电源端、信号放大模块（106）的电源端以及显示模块（109）的电源端连接，为各个模块提供电能。3.根据权利要求1所述的超高波长分辨率的无源光器件光谱扫描装置，其特征在于，所述特定的步进波长为0.01pm的步进波长。4.根据权利要求1所述的超高波长分辨率的无源光器件光谱扫描装置，其特征在于，所述控制模块（101）包括ARM微处理器（201）、激光器驱动（202）、A/D转换模块（203）、存储器（204）、通信接口（205）、显示接口（206）、电源单元（207）；所述ARM微处理器（201）的第一接口与激光器驱动（202）电连接；ARM微处理器（201）的第二接口与A/D转换模块（203）电连接；ARM微处理器（201）的第三接口与显示接口（206）电连接；ARM微处理器（201）的第四接口与通信接口（205）电连接；ARM微处理器（201）的第五接口与存储器（204）电连接；ARM微处理器（201）的电源端与电源单元（207）电连接；ARM微处理器（201）输出控制信号至激光器驱动（202），激光器驱动（202）输出信号控制可调谐激光器模块（102）以高分辨率0.01pm的步进波长进行光谱扫描；A/D转换模块（203）接收来自信号放大模块（106）的电信号进行A/D转换，最后送入ARM微处理器（201）进行信号分析处理，记录转换结果及当前的波长值，信号处理完成后，通过显示接口（206）送入显示模块进行测量结果显示；显示接口（206）送入显示模块（109）进行数据显示，或者通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：张余明，朱昌洪，蒋昌茂，郭振军，柯捷，赵克，
申请(专利权)人：桂林市光明科技实业有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45