[发明专利]直接获取分布反馈半导体激光源电流调制波长响应的方法

说明书

本发明提供的直接获取分布反馈半导体激光源电流调制波长响应的方法，属于激光光谱技术领域，主要解决提高实时检测系统的时效性的问题，包括四个步骤，第一步，分布反馈激光源输出波长的调制，通过函数发生器产生一个0～50Hz锯齿波扫描信号和一个5k～50kHz正弦波调制信号，两信号由加法器相加后接入激光器控制器，实现对激光器的调制；第二步，定义κ是分布反馈激光源引起的幅度‑频率响应因子，ψ是分布反馈激光源引起的相位‑频率响应因子，引入一中间过渡量有效电流i^e(t)，第三步，向分布反馈激光源只加锯齿波扫描信号确定电流与波长之间的关系；第四步，将扫描加调制的有效电流i^e(t)代入第三步得到的关系式中，则得出激光源输出的波长响应函数。

技术领域

本发明属于激光光谱技术领域，具体涉及直接获取电流调制分布反馈半导体激光源波长响应的方法。

背景技术

近年来环境问题已经成为制约我们国家经济快速发展的最大因素，而大气污染又直接影响我们每个人的生活，所以精确的检测环境空气中污染气体的成分以及含量，是治理气体污染关键的第一步。痕量气体检测技术在环境气体监测中的应用越来越广泛，准确的分析大气成分和含量对于确定污染源，判断排放是否达标具有指导性的意义；在工业生产中，根据对生产系统气体排放的监测，可以有目的的调控生产过程，提高效率，减少污染气体的排放。同时，痕量气体检测在生物、医学、养殖业、海洋治理等领域也有很重要的作用。

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术是一种新型的痕量气体检测技术，主要分为直接吸收光谱技术(DAS)和波长调制光谱技术(WMS)，可以实现分子的非入侵、实时、在线检测。由于波长调制光谱技术技术使用kHz量级的波长调制，可以有效抑制探测系统的1/f噪声，使其具有其受环境影响小，探测灵敏度高和对仪器设备要求不高的优点，从而在痕量气体检测领域广泛应用。

WMS技术中，通常使用两种方法获取吸收气体的浓度信息，一种是将激光波长稳定在气体吸收线中心，测量二阶解调信号的幅度，然而这种方法更易受到噪声的影响；另一种方法是对激光波长进行扫描，得到整条吸收线型，再对线型进行拟合得到浓度信息，在这个拟合过程中，要求精确地知道激光频率随电流的变化关系，尤其是电流调制波长响应。电流调制波长响应是分布反馈半导体激光源的输入电流被幅度恒定正弦波调制后的波长输出响应，通常认为它是一个幅度正比于电流调制幅度的正弦响应。然而实际的响应函数要复杂很多，所以目前很多时候都采用标准具对波长调制响应进行实时测量，这样会引入大量计算，使系统繁杂的同时会降低实时检测系统的时效性。

为了解决以上问题，就需要一种直接确定分布反馈半导体激光源电流调制波长响应的方法。不仅能简化气体检测装置，同时还可以减少复杂的计算。

发明内容

本发明为了提高实时检测系统的时效性，提供了一种直接获取电流调制分布反馈半导体激光源波长响应的方法。

本发明为解决上述技术问题而采取的技术方案是：

直接获取分布反馈半导体激光源电流调制波长响应的方法，包括如下步骤：

第一步分布反馈激光源输出波长的调制，通过调制分布反馈激光源注入电流i(t)来实现，通过函数发生器产生一个0～50Hz锯齿波扫描信号和一个5k～50kHz正弦波调制信号，两信号由加法器相加后接入激光器控制器，实现对激光器的调制，输入电流可由(1)表示：

式(1)中，i₀(t)是扫描电流，i_a是电流调制幅度，是扫描信号和调制信号的初始差，i(t)是注入电流；

第二步定义κ是分布反馈激光源引起的幅度-频率响应因子，ψ是分布反馈激光源引起的相位-频率响应因子；在特定调制频率下，κ和ψ是唯一确定的；引入一中间过渡量有效电流i^e(t)其表示为：