[发明专利]基于FPGA自动温控及自动功率控制的宽带光源的实现方法

说明书

技术领域

本发明提供一种基于FPGA自动温控及自动功率控制的宽带光源的实现方法，整个设计包括光路和电路两个部分。光路部分中的激光器产生泵浦光，掺铒光纤在泵浦光泵浦下发生自发辐射，在光耦合器、波分复用器以及光隔离器的作用下最后输出平坦宽带光源；电路部分主要是针对激光器受环境因素的影响导致输出不稳定来设计温度控制电路和功率控制电路，在现场可编程门阵列(即Field－Programmable Gate Array,以下简称FPGA)的控制下保证激光器能够稳定输出平坦的泵浦光从而保证终端输出光的稳定性。整个系统的设计主要涉及到了光纤传感技术领域。

背景技术

光纤传感技术早在上世纪就出现了，它是随着光纤通信技术的发展快速发展而来的。光纤传感技术已经应用于各行各业，目前应用市场十分广阔。光纤本身具有占空间小、质量小、抗辐射等优点，加上光纤传感器对信号比较敏感、测试信号易加载等优良特性，使其特别适用于空间受限、高温高压、高辐射等严酷环境。在如今的传感器领域中，光纤传感器已经能取代很多传统传感器。光纤传感器的工作原理分为两个部分:感应和传输，感应就是外界环境变化信号叠加在光纤中的光信号上，将这种变化采集下来；传输是指将加载有环境变化的光信号不失真地传输，并将环境变化信号解调出来的过程。因此，在光纤传感技术的原理中传输的光信号很重要。现在的光纤传感器系统中主要应用的是宽带光源产生的激光，所以在光纤传感技术的应用中宽带光源的稳定性显得尤为重要，关系到了整个系统的稳定性。而光源的工作温度和输出功率的变化是影响输出光的稳定性的主要因素。现有的宽带光源中很多都集成了温控电路，另外驱动电路采用的是恒流源电路。本技术是针对光纤传感系统中宽带光源稳定性研究设计的宽带光源自动温度控制和自动功率控制的系统，引入了自动功率控制电路进一步提高了宽带光源的稳定。

发明内容

(一)本发明的目的是：

光纤传感系统的灵敏度很大程度取决于光纤中传输的激光的稳定性，而影响激光稳定性的主要因素是激光源的工作温度和输出功率。本发明的目的是提供一种基于FPGA自动温控及自动功率控制的宽带光源的实现方法，它是通过电路以及微控制器FPGA实现激光源的工作温度稳定以及输出功率的稳定。

(二)其具体技术方案如下：

本发明主要是实现基于FPGA技术的自动温控和自动功率控制的宽带光源的稳定光输出，具体实现步骤如下所述。

本发明是一种基于FPGA自动温控及自动功率控制的宽带光源的实现方法，其实现步骤如下：

步骤一，搭建自动温度控制电路，确定激光器内部集成的热敏电阻型号以及温度调节器TEC的型号，结合ADN8831温控芯片实现恒温控制；

步骤二，搭建光路系统，光路系统由集成980nm激光源、光耦合器、波分复用器、掺铒光纤、光滤波器以及光隔离器组成；光路部分主要是产生激光；

步骤三，搭建自动功率控制电路，具体电路包括光探测器放大电路、模拟转数字采样电路(即Analog to Digital，以下简称AD)、激光器驱动电路；

步骤四，设计嵌入式控制语言，主要实现AD采样的数字信号，并在FPGA中做自动PID控制算法实现功率控制；

步骤五，进行整个系统的功能测试。

其中，在步骤一中所述的“搭建自动温度控制电路”，是指搭建外围电路来控制温度，具体采用的高度集成的温控芯片ADN8831作为控制芯片，结合激光器中集成的热敏电阻和热电制冷器来实现的温度控制。

其中，在步骤二中所述的“搭建光路系统”，是指通过有源器件和无源器件搭建光路系统；光路系统中的有源器件是980nm激光器，其内部集成有半导体激光器、热敏电阻、光电探测器以及热电制冷器；激光器作为泵浦源，泵浦光射入掺铒光纤使其发生自发辐射，产生1550nm的激光，在光路系统其他无源器件的作用下，最终输出平坦的宽带激光。

其中，在步骤三中所述的“搭建自动功率控制电路”，是指通过搭建外围驱动控制电路来控制输出功率；功率控制电路具体包括光电探测器、AD采样芯片、数字电位器以及驱动激光器电路，结合FPGA控制实现激光器自动功率控制。

其中，在步骤四中所述的“设计嵌入式控制语言”，是指在quartus软件设计平台下，采用Verilog语言编写程序；FPGA作为功率控制回路的控制中心，设计控制语言实现功率控制的功能。