用于布里淵傳感的脈沖光源發(fā)生裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于布里淵傳感的脈沖光源發(fā)生裝置，尤其是涉及偏振控制器調(diào)節(jié)線偏振光的偏正態(tài)、電光調(diào)制器工作點的自動追蹤和鎖定、電脈沖信號的放大，實現(xiàn)了脈沖光發(fā)生裝置各個環(huán)節(jié)自動化控制，保證高消光比脈沖光輸出。
【背景技術(shù)】
[0002]布里淵傳感技術(shù)因能同時傳遞溫度和應(yīng)變兩個變量而被廣泛的應(yīng)用在大型油田、天然氣運輸線路、煤礦等方面的安全監(jiān)測，其工作環(huán)境惡劣、傳輸線路遠、信號解調(diào)難度大，對于脈沖光信號源的性能要求高，脈沖信號的高消光比和穩(wěn)定性是影響其性能的主要參數(shù)。為此，高消光比和高穩(wěn)定性是實現(xiàn)布里淵傳感的重要保證。傳統(tǒng)的脈沖光發(fā)生裝置主要利用三環(huán)片手動調(diào)節(jié)光的偏正態(tài)，同時電光調(diào)制沒有實現(xiàn)閉環(huán)控制，電光控制器偏置電壓隨溫度等因素發(fā)生漂移，不能實現(xiàn)高消光比輸出。脈沖光發(fā)生裝置各個部分比較獨立，并沒有實現(xiàn)整個裝置的自動控制。三環(huán)片偏振控制器采用機械式調(diào)節(jié)，使用過程中要求對光線進行對軸、聚焦等操作，較為繁瑣；同時存在反射損耗大、對波長很敏感、自動化程度低等缺點，很難準確的獲得適合電光調(diào)制器偏振態(tài)的線偏振光。在連續(xù)光源系統(tǒng)中，流入激光器的電流和工作溫度的微小變化，將會引起激光器輸出光功率和光波長的漂移，因此保證流入激光器電流穩(wěn)定和工作溫度的穩(wěn)定也至關(guān)重要。對于脈沖光源的調(diào)制，電光調(diào)制器工作點電壓的漂移，使得光功率和消光比下降，從而影響分布式溫度(或應(yīng)變)測量，因此電光調(diào)制器直流偏置電壓應(yīng)始終處于最佳工作點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對【背景技術(shù)】的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種脈沖光源發(fā)生裝置，該裝置主要可分為三個環(huán)節(jié):獲得穩(wěn)定的連續(xù)光、偏振態(tài)調(diào)節(jié)、脈沖光調(diào)制，這三個環(huán)節(jié)都用程序自動化控制實現(xiàn)。連續(xù)光源系統(tǒng)主要是用于控制流過激光器的電流和工作溫度，設(shè)定電流大小和工作溫度，保證輸出光功率和波長的穩(wěn)定，為后面環(huán)節(jié)提供穩(wěn)定的連續(xù)光源。丟棄傳統(tǒng)機械式調(diào)節(jié)偏振態(tài)方法，利用電動偏振控制器，控制加載到偏振控制器中偏振電壓的大小，同時使用“電壓掃描比對法”，自動尋找到最適合電光調(diào)制器偏振態(tài)的線偏振光，使得連續(xù)光最大化的輸入電光調(diào)制器，避免因連續(xù)光偏振態(tài)和電光調(diào)制器輸出偏振態(tài)不符導(dǎo)致功率損耗太大的缺陷。對于電光調(diào)制器工作點的調(diào)節(jié)，利用“步進-跟蹤”算法，實時的監(jiān)測工作點的漂移狀態(tài)，往電光調(diào)制器的偏置電壓控制端口加載最佳工作點，使得輸出具有高消光比的脈沖光。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
該裝置由連續(xù)光源系統(tǒng)、起偏器、偏振控制系統(tǒng)、脈沖光源調(diào)制系統(tǒng)等組成。其中連續(xù)光源系統(tǒng)包括中央控制單元、DA轉(zhuǎn)換電路、恒流驅(qū)動模塊、恒溫控制環(huán)節(jié)、電流和溫度監(jiān)測單元，連續(xù)光源系統(tǒng)通過設(shè)定流入激光器的電流和參考溫度，保證輸出的連續(xù)光功率和波長的穩(wěn)定。偏振控制系統(tǒng)包括偏振控制器、偏振電壓控制單7Π，偏振控制器為電控型偏振控制器，通過調(diào)節(jié)偏振電壓，從而找到適合電光調(diào)制器偏振態(tài)的線偏振光。脈沖光源調(diào)制系統(tǒng)包括電脈沖調(diào)制信號發(fā)生電路、雙電極串聯(lián)結(jié)構(gòu)電光調(diào)制器、電光調(diào)制器偏置電壓控制單元、9:1分束器、檢測光纖；其中雙電極串聯(lián)結(jié)構(gòu)電光調(diào)制器有兩路直流偏置電壓輸入端和兩路調(diào)制信號輸入端，兩路偏置電壓用來控制電光調(diào)制器的工作點，實時修正電光調(diào)制器的工作點；電光調(diào)制器偏置電壓控制單元為雙電極串聯(lián)結(jié)構(gòu)電光調(diào)制器提供兩路直流偏置電壓，電脈沖信號經(jīng)過電脈沖信號發(fā)生電路為雙電極串聯(lián)結(jié)構(gòu)電光調(diào)制器提供調(diào)制信號。對于尋找偏振控制器的最佳控制偏振電壓，F(xiàn)PGA采集分束器10%輸出端轉(zhuǎn)化后的電壓信號，采用了“電壓掃描比對法”，偏振電壓按照一定的步進增加，最終FPGA讀取AD芯片的輸出最大時，記錄此時輸入到偏振控制器的偏振電壓，此電壓為偏振控制器的最佳電壓值，往偏振控制器電壓控制端加載該電壓值，可以獲得最適合電光調(diào)制器的線偏振光。對于尋找電光調(diào)制器的最佳工作點電壓，采用“步進-跟蹤”算法，找到最佳工作點電壓，消除溫度等變化引起的工作點電壓漂移而帶來的影響。該裝置能夠提供高消光比、高穩(wěn)定的脈沖光源，為布里淵遠距離測溫/應(yīng)變提供了必要條件。
[0005]所述的電光調(diào)制器偏置電壓控制單元以N10S II為核心處理器，包括I/V轉(zhuǎn)換電路、電壓放大電路、電脈沖發(fā)生電路、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，其中I/V轉(zhuǎn)換電路是將PIN光電探測器產(chǎn)生的電流信號轉(zhuǎn)為電壓信號，該電壓信號經(jīng)過電壓放大電路后，由A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路把電壓信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，最終由FPGA讀取，對于輸出的直流偏置電壓和偏振控制電壓，由FPGA通過D/A轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)為模擬電壓，該電壓經(jīng)過電壓放大電路放大到適合的電壓值。
[0006]所述的偏振控制器是一款擠壓型電動偏振控制器，偏振控制端和供電采用DB9標準接口與外部連接，無需外部連接高壓驅(qū)動電路，優(yōu)選采用型號為JW3309A型高速偏振控制器。
[0007]所述的電脈沖調(diào)制信號發(fā)生電路采用是一種高速低側(cè)驅(qū)動芯片，優(yōu)選TI公司的LM5134芯片，用于產(chǎn)生大電流的電脈沖信號。
[0008]所述的高速PIN光電探測器采用InGaAs/InP PIN光電探測器；
所述的 FPGA 采用 EP4CE6E22C8N ；
與技術(shù)背景相比，本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明提供了一種用于布里淵傳感的脈沖光源發(fā)生裝置，該裝置能夠自動化工作，采用了恒流控制、溫度控制保證了連續(xù)光輸出的穩(wěn)定；采用“電壓掃描比對法”，快速找到了最適合電光調(diào)制器偏振態(tài)的線偏振光，實現(xiàn)了偏振態(tài)的自動化控制。通過“步進-跟蹤”算法監(jiān)測電光調(diào)制器的最佳工作點，使得電光調(diào)制器始終工作在最佳工作點處，保證了脈沖光的高消光比輸出。最終消除了機械式調(diào)節(jié)偏振態(tài)的過程中步驟繁瑣、對軸和聚焦困難、插入損耗等缺陷，實現(xiàn)了對偏振態(tài)偏振電壓和電光調(diào)制器的工作點自動調(diào)節(jié)。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的脈沖光源發(fā)生裝置的總示意圖；
圖2是本發(fā)明的脈沖光源發(fā)生裝置中連續(xù)光系統(tǒng)的示意圖；
圖3是本發(fā)明的脈沖光源發(fā)生裝置中脈沖光調(diào)制和偏振控制模塊的示意圖；
圖4是本發(fā)明的脈沖光源發(fā)生裝置實現(xiàn)框圖示意圖； 圖5是本發(fā)明的脈沖光源發(fā)生裝置相關(guān)電路具體實現(xiàn)示意圖；
圖6是輸出脈沖光與電光調(diào)制器工作點偏移和脈沖電平大小關(guān)系的示意圖；
圖7是自動搜索最佳偏置點的軟件流程圖。
【具體實施方式】
[0010]如圖1所示為本發(fā)明的脈沖光源發(fā)生裝置的總示意圖，該裝置包括連續(xù)光源系統(tǒng)
1-1、起偏器1-2、偏振控制系統(tǒng)1-3、脈沖光源調(diào)制系統(tǒng)1-4。如圖2是本發(fā)明的脈沖光源發(fā)生裝置中連續(xù)光系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)包括中央控制單元2-1、DA轉(zhuǎn)換電路2-2、恒流驅(qū)動模塊2-3、恒溫控制環(huán)節(jié)2-4、電流和溫度監(jiān)測單元2-5。圖3是本發(fā)明的脈沖光源發(fā)生裝置中脈沖光調(diào)制和偏振控制模塊的示意圖，包括偏振控制器3-1、偏振控制單元3-7、電脈沖調(diào)制信號發(fā)生電路3-4、雙電極串聯(lián)結(jié)構(gòu)電光調(diào)制器3-3、電光調(diào)制器偏置電壓控制單元3-2、9:1分束器3-5、檢測光纖3-6。
[0011]具體的實施主要分為三個步驟:
(1)應(yīng)用連續(xù)光源系統(tǒng)獲得光功率和光波長都穩(wěn)定的連續(xù)光；
(2)尋找電光調(diào)制器的半波電壓值和最佳工作點，在此基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)偏振電壓大小，尋找適合電光調(diào)制器偏振態(tài)的線偏振光。
[0012](3)利用電脈沖調(diào)制信號發(fā)生電路獲得電壓等于半波電壓值的高速脈沖，并加載到電光調(diào)制器的脈沖輸入端，實現(xiàn)高消光比輸出。
[0013]對于步驟(1)，如圖2所示，在連續(xù)光源系統(tǒng)中，PC機通過串口向中央控制單元
2-1中的中央處理器發(fā)送指令和數(shù)據(jù)，用于設(shè)定流過激光器的電流和工作溫度，恒流驅(qū)動模塊2-3采用了積分反饋電路，并結(jié)合電流限制電路，根據(jù)積分電路的特點，使得輸出電流始終保持在設(shè)定值，電流限制電路中可以設(shè)定電路的最大輸出電流值，防止電流過大而燒毀激光器，恒溫控制環(huán)節(jié)2-4中的半導(dǎo)體激光器內(nèi)部集成了半導(dǎo)體制冷片(TEC)和負溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)，溫度控制采用溫度控制芯片MAX1978，通過DA設(shè)定工作溫度對應(yīng)的電壓值，熱敏電阻兩端的電壓值將會與參考電壓值進行比較，采用MAX1978自帶的PID算法網(wǎng)絡(luò)，自動調(diào)節(jié)流入半導(dǎo)體激光器中TEC電流的大小和方向，從而使得半導(dǎo)體激光器制冷或者制熱，始終保持工作溫度在設(shè)定值溫度，消除了激光器工作溫度和電流漂移而引起輸出光功率和光波長不穩(wěn)定的現(xiàn)象，保證了輸出光性能的長期穩(wěn)定。電流和溫度反饋單元2-3用于實時監(jiān)測電流值和工作溫度的大小。
[0014]對于步驟(2)，尋找最適合電光調(diào)制器的線偏振光，又可以分為兩個小步驟:
1)尋找電光調(diào)制器的半波電壓值和最佳工作點，使得電光調(diào)制器工作在最佳工作點處。
[0015]如圖4所示，由連續(xù)光系統(tǒng)輸出的連續(xù)光經(jīng)光纖連接至起偏器