CN114859473B - 一种基于dfb的自匹配滤波装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于DFB的自匹配滤波装置及方法，利用半导体激光器腔体、光纤光栅滤波器、不同温度形变系数的第一金属和第二金属等光学和电子器件构成合金模块，通过将半导体激光器腔体粘贴在第一金属的表面、光纤光栅滤波器黏贴在第二金属的表面，通过调节合金模块随温度变化的形变规律匹配半导体激光器腔体与光纤光栅滤波器长度按照一定比例系数同步变化，最终使得半导体激光器腔体输出波长与光纤光栅滤波器中心波长在一定温度范围内时刻保持对准。

Description

一种基于DFB的自匹配滤波装置及方法
技术领域
本发明属于光电技术领域，特别是涉及一种基于DFB的自匹配滤波装置及方法。
背景技术
主动探测激光雷达在军事、遥感、智能驾驶等领域应用广泛，外界杂光信号是影响其性能的主要因素，因此主动探测激光雷达接收系统中都采用光滤波器来滤除外界杂光的干扰，所采用的滤波器越窄其滤波效果越好。然而采用镀膜方式的滤波器其带宽很难做到特别窄目前最窄的镀膜滤波器一般在1nm左右，而光纤光栅滤波器的带宽可以很轻松做到0.01nm甚至更窄，但是由于其中心波长容易受温度应力等影响，这种滤波器在使用时通常需要加温控可隔振设计，一方面增大了系统的功耗和体积重量，另一方面脉冲激光器的波长通常在加温控的情况下其长期高精度稳定性也很难保证，激光器波长的微小漂移将会引起激光雷达发射系统中心波长与接收系统滤波器中心波长失配，进而影响其性能。故社会亟需一种足已解决上述现有技术中存在的问题的基于DFB的自匹配滤波装置及方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于DFB的自匹配滤波装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题。
一方面为实现上述目的，本发明提供了一种基于DFB的自匹配滤波装置，包括：半导体激光器腔体、光纤光栅滤波器及合金模块；
所述半导体激光器腔体位于所述合金模块的上端的表面，所述半导体激光器腔体用于输出波长；
所述光纤光栅滤波器用于位于所述合金模块的下端的表面，所述光纤光栅滤波器用于输出中心波长；
所述合金模块用于对所述半导体激光器腔体的输出波长和所述光纤光栅滤波器的输出中心波长进行对准。
可选的，所述合金模块包括第一金属和第二金属，所述第一金属和所述第二金属的温度膨胀系数不同；
所述第一金属用于基于温度进行形变；
所述第二金属用于基于温度进行形变。
可选的，所述第一金属和第二金属还用于基于所述第一金属和第二金属的尺寸比例的变化，改变所述合金模块的形变。
可选的，所述第一金属位于所述第二金属上面，
所述半导体激光器腔体粘贴在所述第一金属的表面；
所述光纤光栅滤波器粘贴在所述第二金属的表面。
另一方面为实现上述目的，本发明提供了一种基于DFB的自匹配滤波方法，包括以下步骤：
构建合金模块，获取所述合金模块的形变与温度变化的对应关系，作为合金模块-温度对应关系；
基于所述合金模块-温度对应关系对半导体激光器腔体输出的波长和光纤光栅滤波器输出的中心波长进行对准。
可选的，所述合金模块包括第一金属和第二金属，所述第一金属和所述第二金属的温度膨胀系数不同。
可选的，基于所述合金模块-温度对应关系对半导体激光器腔体输出的波长和所述光纤光栅滤波器输出的中心波长进行对准的过程中包括：
获取所述第一金属在不同温度下与半导体激光器腔体输出的波长的对应关系，作为第一金属-波长对应关系；
获取所述第二金属在不同温度下与光纤光栅滤波器的输出中心波长的对应关系，作为第二金属-波长对应关系；
基于第一金属-波长对应关系及第二金属-波长对应关系获得所述第一金属和所述第二金属的尺寸比例，基于所述尺寸比例进行对准。
可选的，所述第一金属-波长对应关系的过程中包括：
获取所述第一金属在不同温度下的第一形变系数，基于所述半导体激光器腔体输出的波长与所述第一形变系数获得所述第一金属-波长对应关系。
可选的，所述第二金属-波长对应关系的过程中包括：
获取所述第二金属在不同温度下的第二形变系数，基于所述光纤光栅滤波器的输出中心波长与所述第二形变系数获得所述第二金属-波长对应关系。
本发明的技术效果为：
(1)本发明实现光纤光栅滤波器的中心波长与半导体激光器输出激光的波长在一定温度范围内时刻对准，不受环境温度的影响。
(2)本发明通过利用不同金属在不同温度下的形变系数来调整半导体激光器腔长以及光纤光栅滤波器的长度，从而实现波长可变特性。
(3)本发明提出采用两个金属祖成合金的方案，但并不限于两种金属，可以是三种甚至多种金属组成的合金，以扩大波长匹配特性的温度适应范围以及提高匹配精度。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例中的大量程距离测量的高精度光学校准装置及方法示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
实施例一
如图1所示，本实施例中提供一种基于DFB的自匹配滤波装置，包括如下光学和电子器件：两个金属块组成的合金模块，半导体激光器腔体，光纤光栅滤波器，两个金属块分别记为第一金属和第二金属。
本发明装置中利用上述光学和电子器件构成由第一金属和第二金属采用金属胶粘在一起组成的合金模块，由于第一金属和第二金属的温度膨胀系数不一样，不同的温度变化会使得合金模块发生不同的形变，通过调节第一金属和第二金属尺寸比例来改变合金模块随温度变化的形变规律。所述半导体激光器腔体粘在第一金属的表面，所述光纤光栅滤波器粘在第二金属的表面，通过调节合金模块随温度变化的形变规律去匹配半导体激光器腔体与光纤光栅滤波器长度按照一定比例系数同步变化，最终使得半导体激光器腔体输出光波长与光纤光栅滤波器的中心波长在一定温度范围内时刻保持对准。
利用上述的本发明还提出了利用上述基于DFB的自匹配滤波装置进行对准的方法，步骤如下：
步骤一：测试所述第一金属在不同温度下的形变系数，并与所述半导体激光器腔体腔长变化所引起的输出光波长变化寻找对应关系；
步骤二：测试所述第二金属在不同温度下的形变系数，并与所述光纤光栅滤波器长度变化所导致的中心波长变化寻找对应关系；
步骤三：通过计算步骤一、步骤二的对应关系，在计算好的温度区间内，调节第一金属和第二金属尺寸比例，从而改变合金模块随温度形变的规律；
步骤四：将半导体激光器腔体粘在第一金属上，将光纤光栅滤波器粘在第二金属上，当温度发生改变时，合金模块发生形变，从而改变半导体激光器腔体与光纤光栅滤波器长度，实现半导体激光器腔体与光纤光栅滤波器长度按照一定比例系数同步变化，最终使得半导体激光器腔体输出波长与光纤光栅滤波器中心波长在一定温度范围内时刻保持对准。
综上所述，本发明通过改变合金金属的长度以及选材，实现了在一定温度范围内不同温度下的形变，进而影响半导体激光器腔长与光纤光栅滤波器的腔长，从而实现对不同温度下半导体激光器输出光波长和光栅滤波器中心波长的控制，达到波长对准的效果。本实验采用的器件简单，不用复杂控制过程，因此，本发明实现的DFB激光器波长与滤波器中心波长自动对准装置具有较好的鲁棒性，不受实验器件自身非线性的影响。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于DFB的自匹配滤波装置，其特征在于，包括：半导体激光器腔体、光纤光栅滤波器及合金模块；
所述半导体激光器腔体位于所述合金模块的上端的表面，所述半导体激光器腔体用于输出波长；
所述光纤光栅滤波器用于位于所述合金模块的下端的表面，所述光纤光栅滤波器用于输出中心波长；
所述合金模块用于对所述半导体激光器腔体的输出波长和所述光纤光栅滤波器的输出中心波长进行对准；
所述合金模块包括第一金属和第二金属，所述第一金属和所述第二金属的温度膨胀系数不同；
所述第一金属用于基于温度进行形变；
所述第二金属用于基于温度进行形变；
所述第一金属和第二金属还用于基于所述第一金属和第二金属的尺寸比例的变化，改变所述合金模块的形变。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一金属位于所述第二金属上面，
所述半导体激光器腔体粘贴在所述第一金属的表面；
所述光纤光栅滤波器粘贴在所述第二金属的表面。
3.一种基于DFB的自匹配滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：
构建合金模块，获取所述合金模块的形变与温度变化的对应关系，作为合金模块-温度对应关系；
基于所述合金模块-温度对应关系对半导体激光器腔体输出的波长和光纤光栅滤波器输出的中心波长进行对准；
所述合金模块包括第一金属和第二金属，所述第一金属和所述第二金属的温度膨胀系数不同；
基于所述合金模块-温度对应关系对半导体激光器腔体输出的波长和所述光纤光栅滤波器输出的中心波长进行对准的过程中包括：
获取所述第一金属在不同温度下与半导体激光器腔体输出的波长的对应关系，作为第一 金属-波长对应关系；
获取所述第二金属在不同温度下与光纤光栅滤波器的输出中心波长的对应关系，作为第二金属-波长对应关系；
基于第一金属-波长对应关系及第二金属-波长对应关系获得所述第一金属和所述第二金属的尺寸比例，基于所述尺寸比例进行对准；
所述第一金属-波长对应关系的过程中包括：
获取所述第一金属在不同温度下的第一形变系数，基于所述半导体激光器腔体输出的波长与所述第一形变系数获得所述第一金属-波长对应关系；
所述第二金属-波长对应关系的过程中包括：
获取所述第二金属在不同温度下的第二形变系数，基于所述光纤光栅滤波器的输出中心波长与所述第二形变系数获得所述第二金属-波长对应关系。
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