发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题,本发明提供了一种利用扫频激光输出光的干涉得到特定的相位参数进行定标,并利用定标参数对光源***进行反馈式调控稳频的方法。
本发明还提供了一种基于上述调控稳频方法的稳频***。
本发明解决现有技术问题所采用的技术方案为:
一种干涉相位参数定标反馈调控稳频方法,该方法包括以下步骤:第一步,耦合器模块将扫频激光***输出的激光分成两路,其中一路激光继续输出,另一路激光进入干涉模块;第二步,所述干涉模块对进入的激光进行分光干涉并耦合;第三步,探测器模块将干涉光信号转化为电信号,并输出到数据采集模块;第四步,所述数据采集模块将采集和存储的干涉光电信号转化为数据,并输出到数据处理模块;第五步,所述数据处理模块根据进行干涉光电信号数据进行处理,得到干涉相位参数作为相位定标参数值,并与标定参照值作对比,得到两者间的偏差值,并将偏差值作为稳频调控反馈信号值,并根据偏差值计算得到滤波器调控参数调控量;第六步,滤波器参数调控执行模块根据所述滤波器调控参数调控量对滤波器的工作参量进行调控,实现所述扫频激光***稳频输出。
所述干涉模块包括有第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第一光纤和第二光纤,所述第一光纤耦合器再次将进入的激光分成两路光,并分别经过不同光程长度的所述第一光纤和第二光纤传送至所述第二光纤耦合器进行干涉、耦合。
所述扫频激光***运行时,同时将滤波器扫频的时间周期的时间起点信号输出到所述数据采集模块,并与所述干涉光信号一并转化为数据,输出到数据处理模块。
所述耦合器模块将所述扫频激光***输出的激光分成两路激光,其中一路激光继续输出作为光源输出激光,另一路激光进入所述干涉模块。
所述数据处理模块计算出干涉相位参数后,将其作为相位定标参数值,并与标定参照值进行对比,还进行两者偏差值是否在允许范围内的判断,作出保持当前滤波器工作参数,还是根据偏差值计算得到滤波器调控参数调控量并通过所述调控执行模块对滤波器进行稳频调控的选择。
所述数据处理模块的数据处理过程包括以下步骤:第一步,所述数据处理模块在一个扫频周期内的数据段中截取任意一段长度的连续时间序列的干涉光信号数据;第二步,对截取的数据段中的每一个数据作希尔伯特变换处理;第三步,根据每个数据点的希尔伯特变换表达形式提取相应的实部数据和虚部数据;第四步,根据每个希尔伯特变换值对应的实部数据和虚部数据,计算相应的相位,由此得到对应于干涉光信号数据序列的相位数据序列;第五步,利用相位解缠算法对相位数据序列进行相位解缠处理;第六步,相位解缠处理得到一个总相位,将此总相位参数作为数据处理方法的相位定标参数;第七步,在扫频激光***进行稳频调控的情况下,将得到相位定标参数数据与标定参照值进行对比,得出两者间的偏差值,并将偏差值作为稳频调控反馈信号值;第八步,所述数据处理模块根据偏差值计算得到滤波器调控参数调控量。
所述数据处理模块在截取干涉光信号数据前,还进行是否已有数据段选取方式的判断;如果有,所述数据处理模块直接利用已经预定存储的数据序列选取方式选取数据序列。
所述数据处理模块得到相位定标参数后,还进行是否将该相位定标参数量值作为标准值的判断;如果是,则将该标准值对应的数据段选取形式存储到***中,作为后续的标定数据序列选取方式,同时将该标准值存储到***中,作为后续检测的标定参照值。
当稳频***采用驱动电压或电流调控时,所述数据处理模块计算得到的是滤波器驱动电压或电流调控参量;当稳频***采用温度调控时,所述数据处理模块计算得到的是滤波器工作温度调参量。
一种实现上述所述的干涉相位参数定标反馈调控稳频方法的稳频***,包括有依次相连的耦合器模块、干涉模块、探测器模块、数据采集模块、数据处理模块、滤波器参数调控执行模块;其中,所述耦合器模块设于并连接在扫频激光***的输出端,主要用于将一部分扫频输出激光分出,引入所述干涉模块中;所述干涉模块采用典型光纤式马克-曾德干涉仪结构,主要由第一光纤耦合器、第二光纤耦合器组成,且所述第一光纤耦合器和第二光纤耦合器之间以两段不同长度的第一光纤和第二光纤导通连接;所述探测器模块与所述第二光纤耦合器干涉光的输出端导通连接,主要用于将从所述干涉模块输出的干涉光信号转换成电信号,并输送到所述数据采集模块;所述数据采集模块主要用于把来自所述探测器模块的干涉光电信号,和来自所述扫频激光***的滤波器驱动器的扫频周期信号,一并转化为数据存储,并将该数据提供给所述数据处理模块进行数据处理;所述数据处理模块主要用于将来自所述数据采集模块的数据进行处理、计算,得到干涉相位参数,并与标定参照值作对比,计算得到滤波器调控参数调控量,最后输出给所述滤波器参数调控执行模块;所述滤波器参数调控执行模块与所述扫频激光***导通连接,主要用于根据来自所述数据处理模块的滤波器调控参数调控量对所述扫频激光***中滤波器的工作参数进行调控。
所述耦合器模块是光纤耦合器;所述探测器模块是光电探测器;所述数据采集模块是数据采集卡;所述数据处理模块是具有数据处理能力的电路或芯片,或者计算机及相应数据处理程序;所述滤波器参数调控执行模块是驱动电压调节模块、驱动电流调节模块或滤波器温度调控机构模块。
所述第二光纤耦合器是2×2光纤耦合器,所述探测器模块是差分光电探测器,或者所述第二光纤耦合器是2×1光纤耦合器,所述探测器模块是普通光电探测器。
所述滤波器参数调控执行模块是液冷式温度调节机构,包括有相互导通连接的液冷式温度调节的工质温度调节模块和液冷工质流动通道,且所述液冷式温度调节的工质温度调节模块与所述数据处理模块导通连接,所述液冷工质流动通道设于所述滤波器的压电驱动器周围。
本发明的通过上述技术方案,即可利用干涉模块与数据处理模块配合,可快速测量扫频激光干涉相位参数的变化值,实现了对扫频激光调谐频率漂移现象的实时监测,并通过数据处理模块计算出滤波器调控参数调控量对扫频激光***的滤波器进行调控,实现了对扫频激光调谐频率漂移的快速响应,实现稳频输出;而且本发明所述的稳频***可方便的集成到扫频光源***中,极大地提升光源***的扫频稳定性。
具体实施方式
以下结合附图对本发明技术方案进行详细说明。
请参阅说明书附图图1-5。图中耦合器模块1、干涉模块2(第一光纤耦合器21、第二光纤耦合器22、第一光纤23和第二光纤24)、探测器模块3、数据采集模块4、数据处理模块5、滤波器参数调控执行模块6和扫频激光***7(放大器71、耦合器72、滤波器73)。
如图1、图2中所示:
本发明所述的干涉相位参数定标反馈调控稳频***包括有依次相连的耦合器模块1、干涉模块2、探测器模块3、数据采集模块4、数据处理模块5、滤波器参数调控执行模块6。其中,耦合器模块1是光纤耦合器,设于并连接在扫频激光***7的输出端,主要用于将一部分扫频输出激光分出,引入干涉模块2中。干涉模块2采用典型光纤式马克-曾德干涉仪(MZI)结构,主要由第一光纤耦合器21、第二光纤耦合器22组成,第一光纤耦合器21是1×2光纤耦合器,第二光纤耦合器22是2×2光纤耦合器,且两光纤耦合器输出光的能量比均为50:50,并且第一光纤耦合器21和第二光纤耦合器22之间以两段不同长度的光纤(第一光纤23、第二光纤24)导通连接。扫频激光进入干涉模块2后,首先在第一光纤耦合器21处分成两路光;该两路光分别经过两段固定光程差的第一光纤23和第二光纤24,在第二光纤耦合器22处发生干涉并耦合,并输送至探测器模块3。探测器模块3是差分光电探测器,其正极输入端和负极输入端分别与第二光纤耦合器22两路干涉光的输出端导通连接,形成差分输入方式抑制共模噪声,探测器模块3主要用于将从干涉模块2输出的干涉光信号转换成电信号,并输送到数据采集模块4。数据采集模块4是数据采集卡,主要用于把来自探测器模块3的干涉光电信号,和来自扫频激光***的滤波器驱动器的扫频周期的时间起点信号,一并转化为数据存储,并将该数据提供给数据处理模块5进行数据处理。数据处理模块5是具有数据处理能力的芯片(该芯片内置有数据处理程序,如GPU、MCU、DSP 、FPGA),主要用于将来自数据采集模块4的数据进行处理、计算,得到干涉相位参数值,并与标定参照值作对比,根据两者间的偏差值,计算得到滤波器调控参数调控量(该滤波器调控参数调控量为驱动电压或者电流调控参量),最后输出给滤波器参数调控执行模块6。滤波器参数调控执行模块6是与扫频激光***7导通连接的驱动电压调节模块或驱动电流调节模块(该驱动电压调节模块或驱动电流调节模块为常规的驱动电压或驱动电流调节装置,在此不再进行详细描述),主要用于根据来自数据处理模块5的滤波器调控参数调控量对扫频激光***7中滤波器的工作驱动电压或工作驱动电流进行调控,实现扫频激光***稳频输出。
当然,所述第二光纤耦合器(22)也可以2×1光纤耦合器,对应地,所述探测器模块(3)是普通光电探测器。所述两光纤耦合器输出光的能量比也可以是其他任意比值。
本发明所述的干涉相位参数定标反馈调控稳频***工作时,其稳频方法包括以下步骤:首先,耦合器模块1将扫频激光***7输出的激光分成两路,其中一路激光继续输出,另一路激光进入干涉模块2;接着,所述干涉模块2对进入的激光进行干涉并耦合,具体为:干涉模块2的第一光纤耦合器21再次将进入的激光分成两路光,并分别经过不同光程长度的两条光纤(第一光纤23和第二光纤24)传送至第二光纤耦合器22,在第二光纤耦合器22会合并发生干涉、耦合;然后,探测器模块3将干涉光信号转化为电信号,并输出到数据采集模块4;再然后,数据采集模块4将采集和存储的干涉光电信号转化为数据,并输出到数据处理模块5;再接着,数据处理模块5根据进行干涉光电信号数据进行处理,得到干涉相位参数作为相位定标参数值,并与标定参照值作对比,得到两者间的偏差值,并将偏差值作为稳频调控反馈信号值,并根据偏差值计算得到滤波器调控参数调控量;最后,滤波器参数调控执行模块6根据滤波器调控参数调控量对滤波器的工作参量进行调控,实现扫频激光***7稳频输出。
这样,本发明即可利用干涉模块2与数据处理模块5配合快速地测量扫频激光***7的扫频激光干涉相位参数的变化值,实现了对扫频激光调谐频率漂移现象的实时监测,并以数据处理模块5计算滤波器调控参数调控量,通过滤波器参数调控执行模块6进行调控,实现了对扫频激光调谐频率漂移的快速响应,实现稳频输出;而且本发明所述的稳频***可方便的集成到扫频光源***中,极大地提升光源***的扫频稳定性。
另外,所述扫频激光***7包括有依次相连并形成环形回路的放大器71、耦合器72和滤波器73,耦合器72是光纤耦合器,滤波器73是压电式滤波器,且光纤耦合器72与耦合器模块1导通连接,压电式滤波器63与滤波器参数调控执行模块6导通连接。所述扫频激光***7的扫频光源运行中,滤波器73的压电驱动器随时间变化给出相应的驱动电压,***控制程序同时将滤波器73扫频的时间周期信号输出到数据处理模块5,滤波器73在驱动电压的驱动下进行频率选择,实现频率扫频,其扫频激光调谐频率漂移如图1所示,横坐标为滤波器的驱动电压值,当温度变化时,滤波器的压电-频率响应曲线发生改变,因此,温度不同时,在相同的驱动电压下,会得到不同的输出频率,即发生为频率漂移。
如图3中所示:
本发明所述的干涉相位参数定标反馈调控稳频***实施例二与实施例一的结构基本相同,同样包括有依次相连的耦合器模块1、干涉模块2、探测器模块3、数据采集模块4、数据处理模块5、滤波器参数调控执行模块6,区别仅在于:实施例二的滤波器调控执行模块6是滤波器温度调控机构模块,例如液冷式温度调节机构,包括有相互导通连接的液冷式温度调节的工质温度调节模块和液冷工质流动通道,且液冷式温度调节的工质温度调节模块与数据处理模块5导通连接,液冷工质流动通道设于滤波器73的压电驱动器周围。此时,所述数据处理模块5计算得到的所述滤波器调控参数调控量是滤波器73工作温度调控参量。
如图4中所示:
本发明所述的干涉相位参数定标反馈调控稳频***的稳频方法包括以下步骤:
A1:扫频激光***7的扫频光源运行中,滤波器的压电驱动器随时间变化给出相应的驱动电压;
A2:扫频激光***7控制程序同时将滤波器扫频的时间周期信号时间起点信号输出到数据采集模块4;
A3:滤波器在驱动电压驱动下进行频率选择,实现频率扫频;
A4:激光器扫频激光输出,即扫频激光***7光源输出的激光经光纤耦合器1分成能量比为95:5的两路激光,其中,能量为95%的一路激光继续输出作为光源输出激光,能量为5%的另一路激光进入干涉模块2;
A5:干涉模块2对进入激光的干涉,即进入干涉模块2的激光首先经第一光纤耦合器21再次分成能量比为50:50的两路光,该两路光分别经过两条不同长度的光纤(第一光纤23和第二光纤24)在一个第二光纤耦合器22处会合并发生干涉;
A6:探测器模块3转化干涉光为电信号,即从第二光纤耦合器22输出的干涉光被分成能量相等的两路光,并分别输入到一个差分光电探测器的正极输入端和负极输入端,形成差分输入方式抑制共模噪声,同时干涉光信号被差分光电探测器转化为电信号,输出到数据采集模块4;
A7:数据采集模块4将来自差分光电探测器3的干涉光电信号和来自扫频激光***7的滤波器驱动器的扫频周期信号(即时间起点信号)转化为数字化数据后进行采集和存储,并将该数据输出到数据处理模块5;
A8:数据处理模块5计算得出干涉相位参数,即计算机上的数据处理模块5通过相应的软件程序对干涉光电信号数据和滤波器扫频的时间周期信号时间起点信号数据进行运算、处理,得出干涉相位参数作为相位定标参数值;
A9:判断相位定标参数值与标定参照值的偏差值是否在允许范围内?“是”则执行步骤A12,“否”则执行步骤A10和A11;
A10:数据处理模块5根据相位定标参数值与标定参照值的偏差值,计算得到相应的滤波器参数调控量,并输出到调控执行模块6;
A11:调控执行模块6根据调控参数调控量进行稳频调控,即计算机将数据处理模块5得滤波器调控参数调控量输出到相应的调控执行模块,对扫频激光***7的滤波器73进行调控,实现扫频激光***7稳频输出扫频激光;
A12:保持当前滤波器工作参数。
如图5中所示:
本发明所述的干涉相位参数定标反馈调控稳频***的稳频方法中,步骤A8的数据处理模块5的处理过程包括以下步骤:
A801:判断是否已有数据段选取方式,即判断***是否已经选取预备作为干涉相位数据处理的数据序列?“是”则执行步骤A802,“否”则执行步骤A803;
A802:数据处理模块5直接利用已经预定存储的数据序列选取方式(数据段选取方式)在干涉光信号数据中选取数据序列;
A803:数据处理模块5在一个扫频周期内的数据段中截取任意一段长度的连续时间序列的干涉光信号数据;
A804:对截取的数据段中的每一个数据作希尔伯特(Hilbert)变换处理;
A805:根据每个数据点的希尔伯特变换表达形式提取相应的实部数据和虚部数据;
A806:根据每个希尔伯特变换值对应的实部数据和虚部数据,计算相应的相位,由此得到对应于干涉光信号数据序列的相位数据序列;
A807:利用相位解缠算法对相位数据序列进行相位解缠处理;
A808:相位解缠处理得到一个总相位,将此总相位参数作为本发明数据处理方法的相位定标参数;
A809:判断是否将该相位定标参数量值作为标准值?也就是判断扫频激光***7的激光输出是否正常?“是”则执行步骤A810和A811,“否”则执行步骤A812;
A810:将该标准值对应的数据段选取形式存储到***中,作为后续的标定数据序列选取方式;
A811:将该标准值存储到***中,作为后续检测的标定参照值;
A812:在扫频激光***进行稳频调控的情况下,将得到的干涉相位参数作为相位定标参数值,并与标定参照值作对比,得到两者间的偏差值,并将偏差值作为稳频调控反馈信号值;
A813:数据处理模块5根据偏差值从存储在数据处理模块5内的偏差值与调控参量的对应关系经验曲线(该经验曲线为通过实验获得实验性的偏差值与调控量经验曲线)的数据中得到稳频调控参量(即滤波器调控参数调控量)。当稳频***采用驱动电压或电流调控时,数据处理模块5计算得到的是滤波器驱动电压或电流调控参量;当稳频***采用温度调控时,数据处理模块5计算得到的是滤波器工作温度调参量。
以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。