CN109193339B - 一种激光器输出波长的调节方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种激光器输出波长的调节方法及系统。所述调节方法包括:获取激光器内部的光敏二极管的电压监测值;获取电流驱动单元内部的第一数字电位计的电压值;根据光敏二极管的电压监测值与第一数字电位计的电压值,生成第一反馈信息;获取激光器内部的热敏电阻的电压监测值;获取温度驱动单元内部的第二数字电位计的电压值;根据热敏电阻的电压监测值和第二数字电位计的电压值,生成第二反馈信息;确定激光器的波长偏移类型;根据激光器的波长偏移类型对激光器的输出波长进行调节。采用本发明的调节方法及系统,能够解决外界环境或者电路温漂等对激光器输出波长的影响,提高激光器波长的调节准确度,进而提高监测系统的长期稳定性和精确度。

Description

一种激光器输出波长的调节方法及系统
技术领域
本发明涉及激光器光谱检测领域,特别是涉及一种激光器输出波长的调节方法及系统。
背景技术
激光吸收光谱检测系统在长期的气体浓度检测过程中,由于外界使用环境及电路元器件漂移的原因,会导致激光器的输出波长发生漂移,漂移后的信号会对气体浓度的反演造成很大的误差,影响系统的测量精度和长期稳定性。比如:由于环境温度的改变,影响激光器内部的热电制冷(TEC)模块,导致激光器温度控制的不足,同时影响激光器调制电路板的输出信号的稳定性,最终导致激光器输出波长出现漂移。
激光器输出波长漂移的判定一般情况下可以通过波长计或者高浓度气体参考气室的信号进行判断。常规的依据高浓度参考信号进行波长的控制,结构简单、控制直观,但是参考气室也会受到外界环境温度的影响,导致激光器中心吸收波长的不准确。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光器输出波长的调节方法及系统,以解决外界环境或者电路温漂等对激光器输出波长的影响,提高激光器输出波长的调节准确度和精确度。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种激光器输出波长的调节方法,所述调节方法包括:
获取激光器内部的光敏二极管的电压监测值;
获取电流驱动单元内部的第一数字电位计的电压值;
根据所述光敏二极管的电压监测值与所述第一数字电位计的电压值,生成第一反馈信息;
获取所述激光器内部的热敏电阻的电压监测值;
获取温度驱动单元内部的第二数字电位计的电压值;
根据所述热敏电阻的电压监测值和所述第二数字电位计的电压值,生成第二反馈信息;
根据所述第一反馈信息和所述第二反馈信息确定所述激光器的波长偏移类型;所述波长偏移类型包括第一波长偏移和第二波长偏移,所述第二波长偏移的波长偏移量大于所述第一波长偏移;
根据所述激光器的波长偏移类型对激光器的输出波长进行调节。
可选的,所述根据所述激光器的波长偏移类型对激光器的输出波长进行调节,具体包括:
当所述波长偏移类型为第一波长偏移时,根据所述第一反馈信息通过所述电流驱动单元调节所述激光器的控制电流,进而调节所述激光器的输出波长;
当所述波长偏移类型为第二波长偏移时,根据所述第二反馈信息通过所述温度驱动单元调节所述激光器内部的热电制冷器的电压值,进而调节所述激光器的输出波长。
可选的,所述根据所述第一反馈信息通过所述电流驱动单元调节所述激光器的控制电流,具体包括:
将所述第一反馈信息作为第一PID控制器的输入控制端,采用所述第一PID控制器调节所述第一数字电位计的电压值,进而对所述激光器的控制电流进行调节。
所述根据所述第二反馈信息通过所述温度驱动单元调节所述激光器内部的热电制冷器的电压值,具体包括:
将所述第二反馈信息作为第二PID控制器的输入控制端,采用所述第二PID控制器调节所述第二数字电位计的电压值,进而调节所述激光器内部的热电制冷器的电压值。
可选的,所述调节方法还包括:
获取波长计的检测波长值,所述激光器输出的光束进入所述波长计;
根据所述波长计的检测波长值,生成第三反馈信息;
根据所述第三反馈信息确定所述激光器的波长偏移类型;
当所述波长偏移类型为第一波长偏移时,根据所述第三反馈信息通过所述电流驱动单元调节所述激光器的控制电流,进而调节所述激光器的输出波长;
当所述波长偏移类型为第二波长偏移时,根据所述第三反馈信息通过所述温度驱动单元调节所述激光器内部的热电制冷器的电压值,进而调节所述激光器的输出波长。
可选的,所述调节方法还包括:
获取参考气室的采集信号,所述激光器输出的光束还进入所述参考气室;
根据所述参考气室的采集信号与参考信号进行比对,生成第四反馈信息;
根据所述第四反馈信息确定所述激光器的波长偏移类型;
当所述波长偏移类型为第一波长偏移时,根据所述第四反馈信息通过所述电流驱动单元调节所述激光器的控制电流,进而调节所述激光器的输出波长;
当所述波长偏移类型为第二波长偏移时,根据所述第四反馈信息通过所述温度驱动单元调节所述激光器内部的热电制冷器的电压值,进而调节所述激光器的输出波长。
可选的,所述确定所述激光器的波长偏移类型,之后还包括:
根据所述波长偏移类型,对压电陶瓷驱动单元内部的信号发生器的参数进行调节,以便调节所述压电陶瓷的振动频率和振动幅度。
一种激光器输出波长的调节系统,所述调节系统包括:反馈调节单元、电流驱动单元、第一数字电位计、光敏二极管监测装置、波长偏移确定单元、第一控制器、温度驱动单元、第二数字电位计、热敏电阻监测装置、第二控制器和热电制冷器;
所述电流驱动单元的输出端与激光器的第一控制端连接,所述第一数字电位计位于所述电流驱动单元内部;所述温度驱动单元的输出端与所述激光器的第二控制端连接,所述第二数字电位计位于所述温度驱动单元内部;所述第一数字电位计和所述第二数字电位计均通过串口与所述反馈调节单元双向连接;光敏二极管、热敏电阻和所述热电制冷器均位于所述激光器内部;
所述光敏二极管监测装置的输出端和所述第一数字电位计的输出端均与所述波长偏移确定单元的第一输入端连接,所述热敏电阻监测装置的输出端和所述第二数字电位计的输出端均与所述波长偏移确定单元的第二输入端连接;所述波长偏移确定单元的第一输出端与所述第一控制器的输入端连接,所述第一控制器的输出端与所述电流驱动单元连接;所述波长偏移确定单元的第二输出端与所述第二控制器的输入端连接,所述第二控制器的输出端与所述温度驱动单元连接;
所述光敏二极管监测装置用于监测所述光敏二极管的电压值;所述热敏电阻监测装置用于监测所述热敏电阻的电压值;所述波长偏移确定单元用于根据所述光敏二极管的电压监测值与所述第一数字电位计的电压值、所述热敏电阻的电压监测值和所述第二数字电位计的电压值确定激光器的波长偏移类型,进而根据所述激光器的波长偏移类型通过所述第一控制器或所述第二控制器对所述激光器的输出波长进行调节;所述波长偏移类型包括第一波长偏移和第二波长偏移,所述第二波长偏移的波长偏移量大于所述第一波长偏移。
可选的,当所述波长偏移类型为第一波长偏移时,所述波长偏移确定单元通过所述第一控制器控制所述电流驱动单元对所述激光器的控制电流进行调节,进而调节所述激光器的输出波长;
当所述波长偏移类型为第二波长偏移时,所述波长偏移确定单元通过所述第二控制器控制所述温度驱动单元对所述热电制冷器的电压值进行调节,进而调节所述激光器的输出波长。
可选的,所述调节系统还包括:波长计或参考气室;所述波长计的输入端与所述激光器的光束输出端连接,所述波长计的输出端与所述反馈调节单元连接,所述反馈调节单元用于根据波长计波长计的检测波长值,确定激光器的波长偏移类型,进而通过所述电流驱动单元或温度驱动单元对所述激光器的输出波长进行调节;
所述参考气室的输入端与所述激光器的光束输出端连接,所述参考气室的输出端与所述反馈调节单元连接,所述反馈调节单元用于根据所述参考气室的采集信号与参考信号进行比对,确定所述激光器的波长偏移类型,进而通过所述电流驱动单元或温度驱动单元对所述激光器的输出波长进行调节。
可选的,所述调节系统还包括:压电陶瓷驱动单元,所述压电陶瓷驱动单元与所述反馈调节单元连接,所述反馈调节单元还用于根据激光器的波长偏移类型,对所述压电陶瓷驱动单元内部的信号发生器的参数进行调节,以便调节所述压电陶瓷的振动频率和振动幅度。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
本发明通过依据反馈信号控制电流驱动单元和温度驱动单元内部的数字电位计,结合模糊自适应比例积分微分循环控制算法(PID),分别根据激光器输出波长的漂移量大小的不同情况对控制激光器的不同参数进行动态调整,以期达到激光器输出波长精确控制的目的。避免了波长计和高浓度参考气室的常规波长监测方法的不足,避免了常规方法判断漂移点,导致波长控制的精度不足的问题,使激光器输出波长监测及运行状况更加准确的监测。而且本发明控制流程明确,控制部件结构简单、操作方便、程序设计简单、漂移量直观,可以更加准确的实现激光器输出波长的控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明激光器输出波长的调节方法的流程示意图;
图2为本发明激光器输出波长的调节方法中PID控制器循环控制的流程示意图;
图3为本发明激光器输出波长的调节系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明激光器输出波长的调节方法的流程示意图。如图1所示,所述调节方法包括:
步骤100:获取激光器内部的光敏二极管的电压监测值。
步骤200:获取电流驱动单元内部的第一数字电位计的电压值。
步骤300:根据光敏二极管的电压监测值与第一数字电位计的电压值,生成第一反馈信息。
步骤400:获取激光器内部的热敏电阻的电压监测值。
步骤500:获取温度驱动单元内部的第二数字电位计的电压值。
步骤600:根据热敏电阻的电压监测值和第二数字电位计的电压值,生成第二反馈信息。
步骤700:根据第一反馈信息和第二反馈信息确定激光器的波长偏移类型。所述波长偏移类型包括第一波长偏移和第二波长偏移,所述第二波长偏移的波长偏移量大于所述第一波长偏移。激光器内部的光敏二极管(PD)控制的激光器输出波长的变化为小偏差。激光器内部的热电制冷器(TEC)控制的激光器输出波长的变化为大偏差。也就是,第一反馈信息对应的波长偏移类型为第一波长偏移,第二反馈信息对应的波长偏移类型为第二波长偏移。
步骤800:根据激光器的波长偏移类型对激光器的输出波长进行调节。当出现小偏差(即第一波长偏移)时,控制电流驱动单元对激光器内的PD进行设置从而快速调整激光器输出波长。具体调节时,将所述第一反馈信息作为第一PID控制器的输入控制端,采用所述第一PID控制器调节所述第一数字电位计的电压值,进而对所述激光器的控制电流进行调节。当出现大偏差(即第二波长偏移)时,控制温度驱动单元对激光器内的TEC进行设置从而慢速调整激光器输出波长。具体调节时,将所述第二反馈信息作为第二PID控制器的输入控制端,采用所述第二PID控制器调节所述第二数字电位计的电压值,进而调节所述激光器内部的热电制冷器的电压值。
本发明的上述步骤仅作为一种具体实施例的执行步骤,并不作为严格的执行顺序的限制,在具体实施中,以上步骤可以并行进行,也可以采用合适的顺序执行。
所述调节方法还采用波长计或参考气室的信号作为反馈信号对激光器的输出波长进行调节,采用波长计进行调节的过程具体如下:
获取波长计的检测波长值,所述激光器输出的光束进入所述波长计;
根据所述波长计的检测波长值,生成第三反馈信息;
根据所述第三反馈信息确定所述激光器的波长偏移类型;
当所述波长偏移类型为第一波长偏移时,根据所述第三反馈信息通过所述电流驱动单元调节所述激光器的控制电流,进而调节所述激光器的输出波长;
当所述波长偏移类型为第二波长偏移时,根据所述第三反馈信息通过所述温度驱动单元调节所述激光器内部的热电制冷器的电压值,进而调节所述激光器的输出波长。
参考气室通常采用高浓度的参考气室,采用参考气室的信号进行调节的过程如下:
获取参考气室的采集信号,所述激光器输出的光束还进入所述参考气室;
根据所述参考气室的采集信号与参考信号(反馈调节单元内部保存的原始信号)进行比对,生成第四反馈信息;
根据所述第四反馈信息确定所述激光器的波长偏移类型;
当所述波长偏移类型为第一波长偏移时,根据所述第四反馈信息通过所述电流驱动单元调节所述激光器的控制电流,进而调节所述激光器的输出波长;
当所述波长偏移类型为第二波长偏移时,根据所述第四反馈信息通过所述温度驱动单元调节所述激光器内部的热电制冷器的电压值,进而调节所述激光器的输出波长。
另外,在腔衰荡吸收光谱系统中为了尽快适应波长变化时引入的信号阻尼回归效应,需有效结合波长变化情况对压电陶瓷(piezoelectric ceramic transducer,PZT)驱动单元内部的信号发生器进行实时控制,以便实时调整PZT的振动频率和振动幅度,最终实现变化的中心吸收波长和腔体的精确锁定匹配,实现高稳定监测。具体的,根据波长偏移类型,对压电陶瓷驱动单元内部的信号发生器的参数进行调节,以便调节所述压电陶瓷的振动频率和振动幅度。
图2为本发明激光器输出波长的调节方法中PID控制器循环控制的流程示意图。第一PID控制器和第二PID控制器的循环控制方法相同。在本发明上述控制过程中,PID控制器的控制方法直接决定了输出波长的稳定性,其控制算法是控制的核心。模糊自适应比例积分微分(PID)循环控制算法具有算法简单、鲁棒性好、可靠性高等优点,完全满足精确控制要求。该控制算法以误差e(k)(第一PID控制器中指光敏二极管的电压监测值与第一数字电位计的电压值之间的差值,第二PID控制其中指热敏电阻的电压监测值和第二数字电位计的电压值之间的差值)、误差变化率ec(k)作为输入,建立与模块相适应的论域子集隶属度函数和针对kp、ki、kd三个参数分别整定的模糊控制表,实现三个参数的模糊在线自适应校正,从而对激光器输出波长进行精确控制。
图3为本发明激光器输出波长的调节系统的结构示意图。如图3所示,所述调节系统包括:反馈调节单元、电流驱动单元、第一数字电位计、光敏二极管监测装置(PD监测)、波长偏移确定单元、第一控制器、温度驱动单元、第二数字电位计、热敏电阻监测装置、第二控制器和热电制冷(TEC)。
所述电流驱动单元的输出端与激光器的第一控制端连接,所述第一数字电位计位于所述电流驱动单元内部;所述温度驱动单元的输出端与所述激光器的第二控制端连接,所述第二数字电位计位于所述温度驱动单元内部;所述第一数字电位计和所述第二数字电位计均通过串口与所述反馈调节单元双向连接;光敏二极管、热敏电阻和所述热电制冷器均位于所述激光器内部。
所述光敏二极管监测装置的输出端和所述第一数字电位计的输出端均与所述波长偏移确定单元的第一输入端连接,所述热敏电阻监测装置的输出端和所述第二数字电位计的输出端均与所述波长偏移确定单元的第二输入端连接;所述波长偏移确定单元的第一输出端与所述第一控制器的输入端连接,所述第一控制器的输出端与所述电流驱动单元连接;所述波长偏移确定单元的第二输出端与所述第二控制器的输入端连接,所述第二控制器的输出端与所述温度驱动单元连接。
所述光敏二极管监测装置用于监测所述光敏二极管的电压值;所述热敏电阻监测装置用于监测所述热敏电阻的电压值;所述波长偏移确定单元用于根据所述光敏二极管的电压监测值与所述第一数字电位计的电压值、所述热敏电阻的电压监测值和所述第二数字电位计的电压值确定激光器的波长偏移类型,进而根据所述激光器的波长偏移类型通过所述第一控制器或所述第二控制器对所述激光器的输出波长进行调节;所述波长偏移类型包括第一波长偏移和第二波长偏移,所述第二波长偏移的波长偏移量大于所述第一波长偏移。当所述波长偏移类型为第一波长偏移时,所述波长偏移确定单元通过所述第一控制器控制所述电流驱动单元对所述激光器的控制电流进行调节,进而调节所述激光器的输出波长;当所述波长偏移类型为第二波长偏移时,所述波长偏移确定单元通过所述第二控制器控制所述温度驱动单元对所述热电制冷器的电压值进行调节,进而调节所述激光器的输出波长。
所述调节系统还包括:波长计或参考气室。当采用波长计时,所述波长计的输入端与所述激光器的光束输出端连接,所述波长计的输出端与所述反馈调节单元连接,所述反馈调节单元用于根据波长计波长计的检测波长值,确定激光器的波长偏移类型,进而通过所述电流驱动单元或温度驱动单元对所述激光器的输出波长进行调节。当采用高浓度的参考气室,所述参考气室的输入端与所述激光器的光束输出端连接,所述参考气室的输出端与所述反馈调节单元连接,所述反馈调节单元用于根据所述参考气室的采集信号与参考信号进行比对,确定所述激光器的波长偏移类型,进而通过所述电流驱动单元或温度驱动单元对所述激光器的输出波长进行调节。
本发明调节系统包括四路反馈信息:(1)实时监测半导体激光器内部的PD监测的电压值,与测量的电流驱动单元内部的数字电位计电压值进行比对,形成反馈信息1;(2)实时监测半导体激光器内部的热敏电阻的电压值与测量的温度驱动单元内部的数字电位计电压值进行比对,形成反馈信息2;(3)激光器输出的光束,第一路由波长计进行实时检测,并通过波长计串口发送给反馈调节单元进行测试比对,形成反馈信息3;(4)激光器输出的光束,第二路进入高浓度的参考气室,通过采集高浓度参考气室的信号与反馈调节单元内部保存的原始信号形成比对确定激光器输出波长的漂移量,形成反馈信息4。
半导体激光器内部的PD控制的激光器输出波长变化为小偏差,可以通过反馈信息1得知;半导体激光器内部的TEC控制的激光器输出波长变化为大偏差,可以通过反馈信息2得知。反馈信息1和电流驱动单元内部的第一数字电位计的设置电压值存在差值,反馈信息2与温度驱动单元内部的第二数字电位计的设置电压值存在差值,这个差值反应的就是激光器内部参数和设置参数之间的压差。上述压差和反馈信息3、反馈信息4一起进行对比,从而对不同的漂移情况实行PID控制,即:当为小偏差时(即波长漂移量小)控制电流驱动模块对激光器的控制电流进行设置从而快速调整激光器输出波长,当为大漂移时(即波长漂移量大)控制TEC驱动模块对激光器内的TEC进行设置从而慢速调整激光器输出波长。
因此,依据反馈信息逐渐调整激光器的电流驱动单元第一数字电位计和温度控制单元的第二数字电位计对激光器输出波长进行控制,如此往复循序渐进,形成闭环控制系统,最后直至达到激光器输出波长的精确锁定。
在腔衰荡吸收光谱、积分腔吸收光谱系统中为了尽快适应波长变化时引入的信号阻尼回归效应,需有效结合波长变化情况对PZT驱动单元内部的信号发生器进行实时控制,以便实时调整PZT的振动频率和振动幅度,最终实现变化的中心吸收波长和腔体的精确锁定匹配,实现高稳定监测。此时,所述调节系统还包括:压电陶瓷驱动单元,所述压电陶瓷驱动单元与所述反馈调节单元连接,所述反馈调节单元还用于根据波长偏移类型,对所述压电陶瓷驱动单元内部的信号发生器的参数进行调节,以便调节所述压电陶瓷的振动频率和振动幅度。
综上,本发明具有以下效果:
1、本发明采用4路反馈信息共同完成激光器输出波长的精确锁定,使控制精度更加准确。但是,其中反馈信息3和反馈信息4也可以在不使用反馈信息1和反馈信息2时单独使用,从而达到简化系统部件、简化操控流程的目的;
2、本发明引入两个数字电位计通过串口双向控制对电流驱动单元和温度驱动单元实现控制,从而分别针对激光器输出波长在小漂移和大漂移不同情况实现分别控制;
3、本发明区分了激光器输出波长的小漂移和大漂移等不同形式的波长漂移情况,从而针对不同的情况进行精确调控,以实现快速、精确、稳定的高效控制;
4、本发明采用模糊自适应比例积分微分循环控制算法对激光器输出波长进行自适应校正、闭环控制;
5、针对腔衰荡吸收光谱、积分腔吸收光谱等先进的激光吸收光谱要求波长匹配度高的特点,配合设计了PZT驱动单元,用于控制信号发生器产生合适的振动频率和振动幅度,实现激光器输出波长和气体吸收腔体腔长的完美匹配,从而更加精确的控制系统测量精度和稳定度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种激光器输出波长的调节方法,其特征在于,所述调节方法包括:
获取激光器内部的光敏二极管的电压监测值;
获取电流驱动单元内部的第一数字电位计的电压值;
根据所述光敏二极管的电压监测值与所述第一数字电位计的电压值,生成第一反馈信息;
获取所述激光器内部的热敏电阻的电压监测值;
获取温度驱动单元内部的第二数字电位计的电压值;
根据所述热敏电阻的电压监测值和所述第二数字电位计的电压值,生成第二反馈信息;
根据所述第一反馈信息和所述第二反馈信息确定所述激光器的波长偏移类型;所述波长偏移类型包括第一波长偏移和第二波长偏移,所述第二波长偏移的波长偏移量大于所述第一波长偏移;
根据所述激光器的波长偏移类型对激光器的输出波长进行调节;
所述确定所述激光器的波长偏移类型,之后还包括:根据所述波长偏移类型,对压电陶瓷驱动单元内部的信号发生器的参数进行调节,以便调节所述压电陶瓷的振动频率和振动幅度。
2.根据权利要求1所述的调节方法,其特征在于,所述根据所述激光器的波长偏移类型对激光器的输出波长进行调节,具体包括:
当所述波长偏移类型为第一波长偏移时,根据所述第一反馈信息通过所述电流驱动单元调节所述激光器的控制电流,进而调节所述激光器的输出波长;
当所述波长偏移类型为第二波长偏移时,根据所述第二反馈信息通过所述温度驱动单元调节所述激光器内部的热电制冷器的电压值,进而调节所述激光器的输出波长。
3.根据权利要求2所述的调节方法,其特征在于,所述根据所述第一反馈信息通过所述电流驱动单元调节所述激光器的控制电流,具体包括:
将所述第一反馈信息作为第一PID控制器的输入控制端,采用所述第一PID控制器调节所述第一数字电位计的电压值,进而对所述激光器的控制电流进行调节;
所述根据所述第二反馈信息通过所述温度驱动单元调节所述激光器内部的热电制冷器的电压值,具体包括:
将所述第二反馈信息作为第二PID控制器的输入控制端,采用所述第二PID控制器调节所述第二数字电位计的电压值,进而调节所述激光器内部的热电制冷器的电压值。
4.根据权利要求1所述的调节方法,其特征在于,所述调节方法还包括:
获取波长计的检测波长值,所述激光器输出的光束进入所述波长计;
根据所述波长计的检测波长值,生成第三反馈信息;
根据所述第三反馈信息确定所述激光器的波长偏移类型;
当所述波长偏移类型为第一波长偏移时,根据所述第三反馈信息通过所述电流驱动单元调节所述激光器的控制电流,进而调节所述激光器的输出波长;
当所述波长偏移类型为第二波长偏移时,根据所述第三反馈信息通过所述温度驱动单元调节所述激光器内部的热电制冷器的电压值,进而调节所述激光器的输出波长。
5.根据权利要求1所述的调节方法,其特征在于,所述调节方法还包括:
获取参考气室的采集信号,所述激光器输出的光束还进入所述参考气室;
根据所述参考气室的采集信号与参考信号进行比对,生成第四反馈信息;
根据所述第四反馈信息确定所述激光器的波长偏移类型;
当所述波长偏移类型为第一波长偏移时,根据所述第四反馈信息通过所述电流驱动单元调节所述激光器的控制电流,进而调节所述激光器的输出波长;
当所述波长偏移类型为第二波长偏移时,根据所述第四反馈信息通过所述温度驱动单元调节所述激光器内部的热电制冷器的电压值,进而调节所述激光器的输出波长。
6.一种激光器输出波长的调节系统,其特征在于,所述调节系统包括:反馈调节单元、电流驱动单元、第一数字电位计、光敏二极管监测装置、波长偏移确定单元、第一控制器、温度驱动单元、第二数字电位计、热敏电阻监测装置、第二控制器和热电制冷器;
所述电流驱动单元的输出端与激光器的第一控制端连接,所述第一数字电位计位于所述电流驱动单元内部;所述温度驱动单元的输出端与所述激光器的第二控制端连接,所述第二数字电位计位于所述温度驱动单元内部;所述第一数字电位计和所述第二数字电位计均通过串口与所述反馈调节单元双向连接;光敏二极管、热敏电阻和所述热电制冷器均位于所述激光器内部;
所述光敏二极管监测装置的输出端和所述第一数字电位计的输出端均与所述波长偏移确定单元的第一输入端连接,所述热敏电阻监测装置的输出端和所述第二数字电位计的输出端均与所述波长偏移确定单元的第二输入端连接;所述波长偏移确定单元的第一输出端与所述第一控制器的输入端连接,所述第一控制器的输出端与所述电流驱动单元连接;所述波长偏移确定单元的第二输出端与所述第二控制器的输入端连接,所述第二控制器的输出端与所述温度驱动单元连接;
所述光敏二极管监测装置用于监测所述光敏二极管的电压值;所述热敏电阻监测装置用于监测所述热敏电阻的电压值;所述波长偏移确定单元用于根据所述光敏二极管的电压监测值与所述第一数字电位计的电压值、所述热敏电阻的电压监测值和所述第二数字电位计的电压值确定激光器的波长偏移类型,进而根据所述激光器的波长偏移类型通过所述第一控制器或所述第二控制器对所述激光器的输出波长进行调节;所述波长偏移类型包括第一波长偏移和第二波长偏移,所述第二波长偏移的波长偏移量大于所述第一波长偏移。
7.根据权利要求6所述的调节系统,其特征在于,当所述波长偏移类型为第一波长偏移时,所述波长偏移确定单元通过所述第一控制器控制所述电流驱动单元对所述激光器的控制电流进行调节,进而调节所述激光器的输出波长;
当所述波长偏移类型为第二波长偏移时,所述波长偏移确定单元通过所述第二控制器控制所述温度驱动单元对所述热电制冷器的电压值进行调节,进而调节所述激光器的输出波长。
8.根据权利要求6所述的调节系统,其特征在于,所述调节系统还包括:波长计或参考气室;所述波长计的输入端与所述激光器的光束输出端连接,所述波长计的输出端与所述反馈调节单元连接,所述反馈调节单元用于根据波长计的检测波长值,确定激光器的波长偏移类型,进而通过所述电流驱动单元或温度驱动单元对所述激光器的输出波长进行调节;
所述参考气室的输入端与所述激光器的光束输出端连接,所述参考气室的输出端与所述反馈调节单元连接,所述反馈调节单元用于根据所述参考气室的采集信号与参考信号进行比对,确定所述激光器的波长偏移类型,进而通过所述电流驱动单元或温度驱动单元对所述激光器的输出波长进行调节。
9.根据权利要求6所述的调节系统,其特征在于,所述调节系统还包括:压电陶瓷驱动单元,所述压电陶瓷驱动单元与所述反馈调节单元连接,所述反馈调节单元还用于根据激光器的波长偏移类型,对所述压电陶瓷驱动单元内部的信号发生器的参数进行调节,以便调节所述压电陶瓷的振动频率和振动幅度。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112164968B (zh) * 2020-09-18 2021-08-17 苏州创鑫激光科技有限公司 一种激光器电流选取方法、系统、装置及可读存储介质
CN112835291A (zh) * 2020-12-31 2021-05-25 南京杰思尔环保智能科技有限公司 基于单片机实现的自适应修正波长uv发生器和策略
CN112783041A (zh) * 2020-12-31 2021-05-11 南京杰思尔环保智能科技有限公司 基于单片机实现的模糊控制技术修正波长uv发生器及方法

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101047299A (zh) * 2006-03-31 2007-10-03 中兴通讯股份有限公司 一种用于可调谐激光器的波长控制电路
CN201097249Y (zh) * 2007-11-06 2008-08-06 武汉电信器件有限公司 可调谐激光器偏置电流控制装置
CN201118093Y (zh) * 2007-10-30 2008-09-17 武汉电信器件有限公司 基于锁波的可调谐激光器自动控制装置
CN101841128A (zh) * 2009-12-30 2010-09-22 天津大学 激光二极管快速温度调谐的动态波长辨识方法与装置
CN101877457A (zh) * 2010-06-25 2010-11-03 武汉电信器件有限公司 实时微调节激光器波长的装置及方法
CN102539874A (zh) * 2012-01-18 2012-07-04 哈尔滨理工大学 一种具有温度自动跟踪功能的光纤光栅电流互感器及温度自动跟踪方法
CN102931584A (zh) * 2011-08-10 2013-02-13 桂林优西科学仪器有限责任公司 波长可调谐激光器系统及其控制方法
CN103234515A (zh) * 2013-04-19 2013-08-07 中国科学院力学研究所 一种空间激光干涉系统弱光锁相技术的模拟方法和装置
CN103311802A (zh) * 2013-05-31 2013-09-18 华为技术有限公司 波长可调的激光输出方法和可调激光装置
CN103326219A (zh) * 2013-04-22 2013-09-25 西北大学 可调谐小波长间隔等功率双波长光纤激光器
CN103487403A (zh) * 2013-10-14 2014-01-01 北京信息科技大学 带有参考腔补偿的双波长组合光纤激光器气体检测系统
CN104181953A (zh) * 2014-08-16 2014-12-03 山西森达源科技有限公司 激光在线气体分析仪中激光器的温度控制系统
CN106025787A (zh) * 2016-08-08 2016-10-12 清华大学 基于外差干涉法的飞秒激光载波包络偏移频率锁定系统
CN102931584B (zh) * 2011-08-10 2016-12-14 桂林市光明科技实业有限公司 波长可调谐激光器系统及其控制方法
CN106684703A (zh) * 2017-03-08 2017-05-17 成都优博创通信技术股份有限公司 Twdm onu波长控制方法及其系统与关断深度控制电路
CN107437722A (zh) * 2016-10-25 2017-12-05 中国科学院福建物质结构研究所 一种半导体激光器的无调制稳频方法和装置

Patent Citations (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101047299A (zh) * 2006-03-31 2007-10-03 中兴通讯股份有限公司 一种用于可调谐激光器的波长控制电路
CN201118093Y (zh) * 2007-10-30 2008-09-17 武汉电信器件有限公司 基于锁波的可调谐激光器自动控制装置
CN201097249Y (zh) * 2007-11-06 2008-08-06 武汉电信器件有限公司 可调谐激光器偏置电流控制装置
CN101841128A (zh) * 2009-12-30 2010-09-22 天津大学 激光二极管快速温度调谐的动态波长辨识方法与装置
CN101841128B (zh) * 2009-12-30 2012-07-25 天津大学 激光二极管快速温度调谐的动态波长辨识方法与装置
CN101877457A (zh) * 2010-06-25 2010-11-03 武汉电信器件有限公司 实时微调节激光器波长的装置及方法
CN101877457B (zh) * 2010-06-25 2012-08-08 武汉电信器件有限公司 实时微调节激光器波长的装置及方法
CN102931584A (zh) * 2011-08-10 2013-02-13 桂林优西科学仪器有限责任公司 波长可调谐激光器系统及其控制方法
CN102931584B (zh) * 2011-08-10 2016-12-14 桂林市光明科技实业有限公司 波长可调谐激光器系统及其控制方法
CN102539874A (zh) * 2012-01-18 2012-07-04 哈尔滨理工大学 一种具有温度自动跟踪功能的光纤光栅电流互感器及温度自动跟踪方法
CN103234515A (zh) * 2013-04-19 2013-08-07 中国科学院力学研究所 一种空间激光干涉系统弱光锁相技术的模拟方法和装置
CN103326219B (zh) * 2013-04-22 2015-10-28 西北大学 可调谐小波长间隔等功率双波长光纤激光器
CN103326219A (zh) * 2013-04-22 2013-09-25 西北大学 可调谐小波长间隔等功率双波长光纤激光器
CN103311802A (zh) * 2013-05-31 2013-09-18 华为技术有限公司 波长可调的激光输出方法和可调激光装置
CN103487403A (zh) * 2013-10-14 2014-01-01 北京信息科技大学 带有参考腔补偿的双波长组合光纤激光器气体检测系统
CN103487403B (zh) * 2013-10-14 2015-09-02 北京信息科技大学 带有参考腔补偿的双波长组合光纤激光器气体检测系统
CN104181953A (zh) * 2014-08-16 2014-12-03 山西森达源科技有限公司 激光在线气体分析仪中激光器的温度控制系统
CN104181953B (zh) * 2014-08-16 2016-05-18 山西森达源科技有限公司 激光在线气体分析仪中激光器的温度控制系统
CN106025787A (zh) * 2016-08-08 2016-10-12 清华大学 基于外差干涉法的飞秒激光载波包络偏移频率锁定系统
CN107437722A (zh) * 2016-10-25 2017-12-05 中国科学院福建物质结构研究所 一种半导体激光器的无调制稳频方法和装置
CN106684703A (zh) * 2017-03-08 2017-05-17 成都优博创通信技术股份有限公司 Twdm onu波长控制方法及其系统与关断深度控制电路

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