CN117578172A - 一种基于dbr激光器波长扩展方法及系统 - Google Patents

一种基于dbr激光器波长扩展方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及波长扩展技术领域，尤其是涉及一种基于DBR激光器波长扩展方法及系统。所述方法，选取N个可调谐DBR激光器，组成N个可调谐DBR激光器单元；通过调节每个DBR激光器单元不同电极的输入电流得到电流组合，并对每种电流组合对应激光器输出光的波长值与功率值进行记录；筛选出实现波长连续扫描的输入电流，得到波长电流查找表；通过波长电流查找表生成扫描波长表；根据扫描波长表控制可调谐DBR激光器不同电极的输入电流。本发明的技术方案，是一种基于DBR激光器波长扩展方法及系统，在稳定成本的前提下实现了可调谐DBR激光器波长范围的扩展，有效提高了波长范围的利用率。

Description

一种基于DBR激光器波长扩展方法及系统
技术领域
本发明涉及波长扩展技术领域，尤其是涉及一种基于DBR激光器波长扩展方法及系统。
背景技术
现有技术中，激光器在光纤通信、光学传感器和生物医学成像等领域发挥着重要作用，其中，可调谐DBR激光器具有灵活的波长调谐性能，可替代多个输出固定波长的激光器，为降低光纤传感系统的搭建成本，可调谐DBR激光器是光纤传感系统中不可或缺的部分。目前基于可调谐DBR激光器的波长解调仪扫描光源多采用单个激光器实现，波长范围固定，实际应用具有局限性。波长范围大的可调谐DBR激光器价格昂贵，且可能存在波长范围利用低的问题；而波长范围小的可调谐DBR激光器性价格适中，但是存在波长范围不满足应用需求的问题，现阶段需要一种基于DBR激光器波长扩展方法及系统。
发明内容
为了解决可调谐DBR激光器波长范围较为固定的问题，本发明提供一种基于DBR激光器波长扩展方法及系统。
第一方面，本发明提供的一种基于DBR激光器波长扩展方法，采用如下的技术方案：
一种基于DBR激光器波长扩展方法，包括：
选取N个可调谐DBR激光器，组成N个可调谐DBR激光器单元；
通过调节每个DBR激光器单元不同电极的输入电流得到电流组合，并对每种电流组合对应激光器输出光的波长值与功率值进行记录；
筛选出实现波长连续扫描的输入电流，得到波长电流查找表；
通过波长电流查找表生成扫描波长表；
根据扫描波长表控制可调谐DBR激光器不同电极的输入电流。
进一步地，所述对每种电流组合对应激光器输出光的波长值与功率值进行记录，包括将SOA电极输入电流和增益区电极输入电流分别以固定值输入，将相位区电极电流和光栅电极电流进行嵌套循环输入，循环输入后对所有的电流输入数据完全遍历。
进一步地，所述筛选出实现波长连续扫描的输入电流，包括确定所需波长范围，在所选波长范围内通过记录的输入电流与波长之间的对应关系生成电流波长曲线，筛选出波长电流曲线连续的区域并生成电流序列。
进一步地，所述通过波长电流查找表生成扫描波长表，包括将每个激光器的波长电流查找表按照波长范围进行划分，分别选定DBR激光器单元的工作波长范围作为查找表，所述查找表两两之间具有10至100pm的波长重叠数据，并根据波长从大到小的顺序将N个DBR激光器工作范围对应的查找表重组为扫描波长表。
进一步地，所述根据扫描波长表控制可调谐DBR激光器不同电极的输入电流，包括选定波长重叠部分的任意波长值作为临界值，当波长值在临界值左侧时，控制前一级可调谐DBR激光器的增益区或SOA电极电流为使输出光功率不为零的固定值，控制后一级可调谐DBR激光器增益区或SOA电极电流为0。
进一步地，所述根据扫描波长表分别控制可调谐DBR激光器不同电极的输入电流，还包括当波长值在临界值右侧时，控制前一级可调谐DBR激光器增益区或SOA电极电流为0，控制后一级可调谐DBR激光器的增益区或SOA电极电流为使输出光功率不为零的固定值。
进一步地，所述根据扫描波长表分别控制可调谐DBR激光器不同电极的输入电流，还包括在波长重叠部分控制前一级可调谐DBR激光器的相位区或SOA电流递减，在递减的同时以相同的步进控制后一级可调谐DBR激光器的相位区或SOA电流递增，使两者同时达到所设定的阈值。
第二方面，一种基于DBR激光器波长扩展系统，包括：
控制单元、可调谐DBR激光器单元和光纤耦合器，所述控制单元并行连接可调谐DBR激光器单元，所述可调谐DBR激光器单元通过光纤分别连接光纤耦合器的输入端。
进一步地，所述可调谐DBR激光器单元包括可编程电流源和可调谐DBR激光器，所述可编程电流源分为四路可编程电流源，所述四路可编程电流源分别连接可调谐DBR激光器的SOA电极、光栅电极、相位区电极和增益区电极，所述可调谐DBR激光器的输出端并行连接光纤耦合器。
进一步地，所述控制单元包括单片机，所述单片机通过数据线并行连接可编程电流源，所述单片机通过可编程电流源将设定的电流序列下发至可调谐DBR激光器，所述单片机通过通信接口连接上位机，所述上位机将预设的电流程序下发至单片机。
综上所述，本发明具有如下的有益技术效果：
1、本发明中的一种基于DBR激光器波长扩展方法，通过对每个可调谐DBR激光器的工作波长进行选择，使工作波长范围占总波长范围的一部分，每个可调谐DBR激光器在其工作波长范围之外的部分输出光功率为0，保证在激光器切换时波长重叠部分的输出光功率的平滑和波长准连续扫描的稳定，在稳定成本的前提下实现了可调谐DBR激光器波长范围的扩展。
2、本发明中的一种基于DBR激光器波长扩展系统，将多个价格适中且波长范围较为固定的可调谐DBR激光器单元进行组合，使可调DBR激光器的扫描波长范围扩展到两倍及两倍以上，且系统结构组合简单，能根据所需波长对可调DBR激光器进行扩展，有效提高了波长范围的利用率。
附图说明
图1是本发明实施例1的一种基于DBR激光器波长扩展方法的流程图。
图2是本发明实施例1的一种基于DBR激光器波长扩展方法的扫描波长表排列方式示意图。
图3是本发明实施例1的不同电极的输入电流与波长对应关系示意图。
图4是本发明实施例1的一种基于DBR激光器波长扩展方法中波长连续区域曲线图。
图5是本发明实施例1的前一级激光器中增益区或SOA电极电流输入曲线图。
图6是本发明实施例1的后一级激光器中增益区或SOA电极电流输入曲线图。
图7是本发明实施例1的不同电极的输入电流与波长另一对应关系示意图。
图8是本发明实施例1的前一级激光器中增益区或SOA电极另一电流输入曲线图。
图9是本发明实施例1的后一级激光器中增益区或SOA电极另一电流输入曲线图。
图10是本发明实施例2的一种基于DBR激光器波长扩展系统的整体结构示意图。
图11是本发明实施例2的一种基于DBR激光器波长扩展系统的局部结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1
参照图1，本实施例的一种基于DBR激光器波长扩展方法，包括：
选取N个可调谐DBR激光器，组成N个可调谐DBR激光器单元；
通过调节每个DBR激光器单元不同电极的输入电流得到电流组合，并对每种电流组合对应激光器输出光的波长值与功率值进行记录；
筛选出实现波长连续扫描的输入电流，得到波长电流查找表；
通过波长电流查找表生成扫描波长表；
根据扫描波长表控制可调谐DBR激光器不同电极的输入电流。
所述对每种电流组合对应激光器输出光的波长值与功率值进行记录，包括将SOA电极输入电流和增益区电极输入电流分别以固定值输入，将相位区电极电流和光栅电极电流进行嵌套循环输入，循环输入后对所有的电流输入数据完全遍历。
所述筛选出实现波长连续扫描的输入电流数据，包括确定所需波长范围，在所选波长范围内通过记录的输入电流与波长之间的对应关系生成电流波长曲线，筛选出波长电流曲线连续的区域并生成电流序列。
所述通过波长电流查找表生成扫描波长表，包括将每个激光器的波长电流查找表按照波长范围进行划分，分别选定DBR激光器单元的工作波长范围作为查找表，所述查找表两两之间具有10至100pm的波长重叠数据，并根据波长从大到小的顺序将N个DBR激光器工作范围对应的查找表重组为扫描波长表。
所述根据扫描波长表控制可调谐DBR激光器不同电极的输入电流，包括选定波长重叠部分的任意波长值作为临界值，当波长值在临界值左侧时，控制前一级可调谐DBR激光器的增益区或SOA电极电流为使输出光功率不为零的固定值，控制后一级可调谐DBR激光器增益区或SOA电极电流为0。
所述根据扫描波长表分别控制可调谐DBR激光器不同电极的输入电流，还包括当波长值在临界值右侧时，控制前一级可调谐DBR激光器增益区或SOA电极电流为0，控制后一级可调谐DBR激光器的增益区或SOA电极电流为使输出光功率不为零的固定值。
所述根据扫描波长表分别控制可调谐DBR激光器不同电极的输入电流，还包括在波长重叠部分控制前一级可调谐DBR激光器的相位区或SOA电流递减，在递减的同时以相同的步进控制后一级可调谐DBR激光器的相位区或SOA电流递增，使两者同时达到所设定的阈值。
具体的，
本实施例的一种基于DBR激光器波长扩展方法，包括以下内容：
如图1所示，为方便叙述定义重叠部分左侧查找表对应的激光器为前一级激光器，重叠部分右侧查找表对应的激光器为后一级激光器，S1.根据所需波长范围进行激光器的选择，选取N个可调谐DBR激光器，激光器的波长范围两两之间有0至2nm的波长重叠，选取完成后根据可调谐DBR激光器波长范围配置可编程电流源，组成N个可调谐DBR激光器单元。
S2.对可调谐DBR激光器单元不同电极的输入电流与波长之间的对应关系进行测试，通过调节每个DBR激光器单元不同电极的输入电流得到电流组合，包括将SOA电极输入电流为80mA，增益区电极输入电流为100mA，光栅电极和相位区电极的输入电流进行轮流调节，光栅电极输入电流调节范围为0至70mA，步进为0.05至0.1mA，相位区电极输入电流调谐范围为0至5mA，步进为0.05mA，将相位区电极输入电流作为外层循环，光栅电极输入电流作为内层循环，固定相位区电极的输入电流，然后光栅电极由小到大（或由大到小）循环改变输入电流，使相位区每一个输入电流值对应光栅电极所有输入电流，实现完全遍历，通过波长计（YOKOGAWA-Q6150）测量并记录每种电流组合对应激光器输出光的波长值与功率值，波长值保留四位小数，单位是nm，功率值保留2位小数，单位是dBm，按照上述的条件，对应激光器的输出波长有重复性和转折跳跃性，相同波长对应的电流组合有多组。
S3.通过步骤2所得电流与波长的对应数据，记录的输入电流与波长之间的对应关系生成电流波长曲线，取波长电流曲线中连续的区域并生成电流序列，所述电流序列包括起始电流和终止电流，确定扫描电流的步进值，并按照递增的方式进行电流扫描，通过程序从数据中筛选出实现波长准连续扫描的数据，导出为波长电流查找表。选取原则如下：波长值间隔为5至10pm，因其功率值太小的点波长不稳定，则选取功率值不能低于平均功率的一半。
S4.根据步骤3中每个激光器的波长电流查找表分别选定DBR激光器单元的工作波长范围作为查找表，查找表为波长电流查找表的一部分。根据波长从大到小的顺序将N个DBR激光器工作范围对应的查找表重组为扫描波长表，查找表两两之间具有10至100pm的波长重叠数据，如图2所示，查找表1与查找表2设有波长重叠部分，查找表2与查找表3之间设有重叠部分，以此类推直到扫描波长表范围覆盖所需波长范围。
S5.根据扫描波长表分别控制可调谐DBR激光器实现输出光波长的准连续扫描，所述实现方法分为以下两部分，方法一：如图3所示，为通过扫描波长表生成电流与波长对应的连续数值的部分数据，其中1Gain或1SOA表示前一级激光器中增益区或SOA电极的输入电流数据，2Gain或2SOA表示后一级激光器中增益区或SOA电极的输入电流数据，grat表示光栅电极输入电流，phase表示相位区电极输入电流，wavRef表示为输出波长，gain或SOA表示为不指定是其中某一个，两者都可以，目的是实现激光器功率变化，选定重叠部分的某一个波长值作为临界值，如图5所示，表示前一级激光器中增益区或SOA电极的输入电流数据的曲线图，纵轴表示增益区输入电流值，也可用来表示SOA电极输入电流，图5所示为增益区输入电流值，目的是实现激光器功率变化，横轴表示步进次数，在临界值左侧，控制前一级激光器的增益区或SOA电极输入电流为某一特定值（如100），使输出光功率不为0，控制后一级激光器的增益区或SOA电流为0，使输出光功率为0；如图6所示，图6与图5不同之处在于图6表示后一级激光器中增益区或SOA电极的输入电流数据的曲线图，纵轴表示增益区输入电流值，横轴表示步进次数与图5横轴相对应起到对比作用，在临界值右侧，控制前一级激光器的增益区或SOA电流为0，使输出光功率为0，控制后一级激光器的gain或SOA电流为某一特定值（如100），使输出光功率不为0，因查找表两两之间具有10至100pm的波长重叠数据，如图4所示，表示为前一级激光器与后一级激光器在切换时，波长重叠部分的输出光功率的平滑和波长准连续扫描的稳定，生成一条稳定且连续的波长曲线，所述波长曲线纵轴表示为波长值，横轴表示为步进次数，所述步进次数与图5和图6横轴所示坐标相对应。
方法二：如图7所示，与方法1的主要区别在于方法2并没有使前一级激光器或后一级激光器两者中有一方输出功率为零，而是在波长重叠部分控制前一级可调谐DBR激光器的相位区或SOA电流递减，在递减的同时通过控制单元预设的电流序列控制后一级可调谐DBR激光器的相位区或SOA电流递增，前一级可调谐DBR激光器的相位区或SOA电流的起始值为后一级可调谐DBR激光器的相位区或SOA电流终止值，两者保持相同的步进，使两者同时达到所设定的阈值，所述设定的阈值为重叠部分任意一点波长值，如图8所示，表示前一级激光器中增益区或SOA电极的输入电流数据的曲线图，纵轴表示SOA电极输入电流值，横轴表示步进次数，与图5的区别在于所述输入电流是是平滑下降，在重叠部分，控制前一级激光器的增益区或SOA电流递减，实现前一级激光器输出光功率的递减，如图9所示，表示后一级激光器中增益区或SOA电极的输入电流数据的曲线图，纵轴表示SOA电极输入电流值，横轴表示步进次数与上述步进次数相同，控制后一级激光器的增益区或SOA电流递增，实现后一级激光器输出光功率的递增，由图7波长点数据可得到图4所示平滑连续波长曲线。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例提供一种基于DBR激光器波长扩展系统，包括：控制单元、可调谐DBR激光器单元和光纤耦合器，所述控制单元并行连接可调谐DBR激光器单元，所述可调谐DBR激光器单元通过光纤分别连接光纤耦合器的输入端。
所述可调谐DBR激光器单元包括可编程电流源和可调谐DBR激光器，所述可编程电流源分为四路可编程电流源，所述四路可编程电流源分别连接可调谐DBR激光器的SOA电极、光栅电极、相位区电极和增益区电极，所述可调谐DBR激光器的输出端并行连接光纤耦合器。
所述控制单元包括单片机，所述单片机通过数据线并行连接可编程电流源，所述单片机通过可编程电流源将设定的电流序列下发至可调谐DBR激光器，所述单片机通过通信接口连接上位机，所述上位机将预设的电流程序下发至单片机。
具体的，
本实施例的一种基于DBR激光器波长扩展系统，包括以下内容：
如图10所示，本系统包括控制单元、N个可调谐DBR激光器单元和1*N光纤耦合器，其中可调谐DBR激光器单元由4个可编程电流源和可调谐DBR激光器组成。控制单元通过数据线并行连接到可调谐DBR激光器单元，N个可调谐DBR激光器单元通过光纤分别连接到1*N光纤耦合器的N个输入端。
如图11所示，可调谐DBR激光器单元包括可编程电流源和可调谐DBR激光器，可编程电流源分为四路可编程电流源，四路可编程电流源分别连接可调谐DBR激光器的SOA电极、光栅电极、相位区电极和增益区电极，可调谐DBR激光器的输出端并行连接光纤耦合器，单片机根据预设的电流序列同时控制单个或者多个DBR激光器单元进行波长调谐，在相邻的可调谐DBR激光器单元输出波长相同的光，光纤耦合器将多路激光器单元的输出光耦合为一路输出光。
以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于DBR激光器波长扩展方法，其特征在于，包括：
选取N个可调谐DBR激光器，组成N个可调谐DBR激光器单元；
通过调节每个DBR激光器单元不同电极的输入电流得到电流组合，并对每种电流组合对应激光器输出光的波长值与功率值进行记录；
筛选出实现波长连续扫描的输入电流，得到波长电流查找表；
通过波长电流查找表生成扫描波长表；
根据扫描波长表控制可调谐DBR激光器不同电极的输入电流。
2.根据权利要求1所述的一种基于DBR激光器波长扩展方法，其特征在于，所述对每种电流组合对应激光器输出光的波长值与功率值进行记录，包括将SOA电极输入电流和增益区电极输入电流分别以固定值输入，将相位区电极电流和光栅电极电流进行嵌套循环输入，循环输入后对所有的电流输入数据完全遍历。
3.根据权利要求2所述的一种基于DBR激光器波长扩展方法，其特征在于，所述筛选出实现波长连续扫描的输入电流，包括确定所需波长范围，在所选波长范围内通过记录的输入电流与波长之间的对应关系生成电流波长曲线，取波长电流曲线中连续的区域并生成电流序列。
4.根据权利要求3所述的一种基于DBR激光器波长扩展方法，其特征在于，所述通过波长电流查找表生成扫描波长表，包括将每个激光器的波长电流查找表按照波长范围进行划分，分别选定DBR激光器单元的工作波长范围作为查找表，所述查找表两两之间具有10至100pm的波长重叠数据，并根据波长从大到小的顺序将N个DBR激光器工作范围对应的查找表重组为扫描波长表。
5.根据权利要求4所述的一种基于DBR激光器波长扩展方法，其特征在于，所述根据扫描波长表控制可调谐DBR激光器不同电极的输入电流，包括选定波长重叠部分的任意波长值作为临界值，当波长值在临界值左侧时，控制前一级可调谐DBR激光器的增益区或SOA电极电流为使输出光功率不为零的固定值，控制后一级可调谐DBR激光器增益区或SOA电极电流为0。
6.根据权利要求5所述的一种基于DBR激光器波长扩展方法，其特征在于，所述根据扫描波长表分别控制可调谐DBR激光器不同电极的输入电流，还包括当波长值在临界值右侧时，控制前一级可调谐DBR激光器增益区或SOA电极电流为0，控制后一级可调谐DBR激光器的增益区或SOA电极电流为使输出光功率不为零的固定值。
7.根据权利要求4所述的一种基于DBR激光器波长扩展方法，其特征在于，所述根据扫描波长表分别控制可调谐DBR激光器不同电极的输入电流，还包括在波长重叠部分控制前一级可调谐DBR激光器的相位区或SOA电流递减，在递减的同时以相同的步进控制后一级可调谐DBR激光器的相位区或SOA电流递增，使两者同时达到所设定的阈值。
8.一种基于DBR激光器波长扩展系统，其特征在于，包括：
控制单元、可调谐DBR激光器单元和光纤耦合器，所述控制单元并行连接可调谐DBR激光器单元，所述可调谐DBR激光器单元通过光纤分别连接光纤耦合器的输入端。
9.根据权利要求8所述的一种基于DBR激光器波长扩展系统，其特征在于，所述可调谐DBR激光器单元包括可编程电流源和可调谐DBR激光器，所述可编程电流源分为四路可编程电流源，所述四路可编程电流源分别连接可调谐DBR激光器的SOA电极、光栅电极、相位区电极和增益区电极，所述可调谐DBR激光器的输出端并行连接光纤耦合器。
10.根据权利要求9所述的一种基于DBR激光器波长扩展系统，其特征在于，所述控制单元包括单片机，所述单片机通过数据线并行连接可编程电流源，所述单片机通过可编程电流源将设定的电流序列下发至可调谐DBR激光器，所述单片机通过通信接口连接上位机，所述上位机将预设的电流程序下发至单片机。
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