一種基于集成器件的光譜檢測裝置及方法與流程

本發明涉及一種光譜檢測裝置及方法，特別涉及一種基于集成器件的光譜檢測裝置及方法。

背景技術：

目前，光譜檢測是很重要的測量技術，在環境，安全，通信，光纖傳感等多個領域都有重要的作用，集成的低成本，小體積的光譜檢測技術有很好的發展前景。在通信和光纖傳感領域，受光纖傳輸窗口的限制，波長范圍主要集中在1260nm到1650nm的波長范圍內，在這個波長范圍內，得益于光通信行業的發展，出現了很多檢測光譜的技術，比如光柵衍射法，可調諧濾波器法，可調激光器法等。但這些方法的成本都比較高，而且測量速度也較慢，難以實現低成本的高速光譜檢測。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決在現有的光譜檢測技術中測量速度慢以及成本高的問題而提供的一種基于集成器件的光譜檢測裝置及方法。

本發明提供的基于集成器件的光譜檢測裝置包括有主控模塊、偏壓發生器、電吸收調制器、信號處理模塊和模數轉換模塊，主控模塊與偏壓發生器、電吸收調制器、信號處理模塊和模數轉換模塊依次相串聯。

主控模塊還連接有顯示模塊和通信模塊，顯示模塊用于顯示裝置的工作狀態及相關參數，通信模塊用于將裝置轉換的實際光譜及相關數據通過有線或無線通信協議傳輸給相關設備。

偏壓發生器用于對電吸收調制器提供反向偏置電壓；電吸收調制器用于將光信號轉換為電信號；信號處理模塊用于將電流信號轉換為放大的電壓信號；模數轉換模塊用于將電壓信號轉換為數字信號，并發送給主控模塊；主控模塊用于分析電吸收調制器偏壓和吸收光強的曲線，對該曲線進行微分計算，能夠還原出實際的光譜，電吸收調制器為多重量子阱電吸收調制器，偏壓發生器為直流偏壓發生器，輸出的偏壓幅值為0-100V，模數轉換模塊采用ADC。

本發明提供的基于集成器件的光譜檢測方法，具體方法如下所述：

步驟一、將待測光入射到電吸收調制器上，電吸收調制器將光信號轉換為電信號輸出電流；傳輸到信號處理模塊；

步驟二、信號處理模塊將電吸收調制器輸出的電流信號轉換為電壓信號，并放大到適合模數轉換模塊采樣的水平；

步驟三、模數轉換模塊將電壓信號轉換為數字信號，并傳輸給主控模塊；

步驟四、主控模塊能夠通過數模轉換或脈沖寬度調制方式控制偏壓發生器在0V到電吸收調制器的工作電壓之間調節，設置偏置電壓；

步驟五、主控模塊設置偏置電壓后，對電吸收調制器調理后的電壓進行采集，并通過電吸收調制器電壓和電流的關系，測量出積分光譜；

步驟六、主控模塊通過微分算法，將積分光譜轉換為實際光譜，完成測試。

本發明的有益效果：

本發明提供的基于集成器件的光譜檢測裝置及方法能夠實現快速，低成本，小體積的光譜檢測。由于其體積小，成本低，在光通信中的信道檢測，以及在光纖光柵傳感技術中，都能夠得到大量的應用。

附圖說明

圖1為本發明裝置的結構示意圖。

圖2為本發明方法的流程示意圖。

圖3為不同偏置電壓下光吸收譜測試結果示意圖。

圖4為一種典型的信號轉換放大電路示意圖。

圖5為光強度與波長示意圖和光電流與電壓示意圖。

1、主控模塊 2、偏壓發生器 3、電吸收調制器 4、信號處理模塊

5、模數轉換模塊 6、顯示模塊 7、通信模塊。

具體實施方式

請參閱圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示：

本發明提供的基于集成器件的光譜檢測裝置包括有主控模塊1、偏壓發生器2、電吸收調制器3、信號處理模塊4和模數轉換模塊5，主控模塊1與偏壓發生器2、電吸收調制器3、信號處理模塊4和模數轉換模塊5依次相串聯。

主控模塊1還連接有顯示模塊6和通信模塊7，顯示模塊6用于顯示裝置的工作狀態及相關參數，通信模塊7用于將裝置轉換的實際光譜及相關數據通過有線或無線通信協議傳輸給相關設備。

偏壓發生器2用于對電吸收調制器3提供反向偏置電壓；電吸收調制器3用于將光信號轉換為電信號；信號處理模塊4用于將電流信號轉換為放大的電壓信號；模數轉換模塊5用于將電壓信號轉換為數字信號，并發送給主控模塊1；主控模塊1用于分析電吸收調制器3偏壓和吸收光強的曲線，對該曲線進行微分計算，能夠還原出實際的光譜，電吸收調制器3為多重量子阱電吸收調制器，偏壓發生器2為直流偏壓發生器，輸出的偏壓幅值為0-100V，模數轉換模塊5采用ADC。

本發明提供的基于集成器件的光譜檢測方法，具體方法如下所述：

步驟一、將待測光入射到電吸收調制器3上，電吸收調制器3將光信號轉換為電信號輸出電流；傳輸到信號處理模塊4；

步驟二、信號處理模塊4將電吸收調制器3輸出的電流信號轉換為電壓信號，并放大到適合模數轉換模塊5采樣的水平；

步驟三、模數轉換模塊5將電壓信號轉換為數字信號，并傳輸給主控模塊1；

步驟四、主控模塊1能夠通過數模轉換或脈沖寬度調制方式控制偏壓發生器2在0V到電吸收調制器3的工作電壓之間調節，設置偏置電壓；

步驟五、主控模塊1設置偏置電壓后，對電吸收調制器3調理后的電壓進行采集，并通過電吸收調制器3電壓和電流的關系，測量出積分光譜；

步驟六、主控模塊1通過微分算法，將積分光譜轉換為實際光譜，完成測試。

如圖3所示：為不同偏置電壓下光吸收譜測試結果，從圖中可見，量子阱材料的吸收峰在外電場作用下向長波長方向發生“紅移”，而激子吸收峰的強度隨外加電場的增加而降低，同時因為激子束縛能的降低使激子壽命縮短，造成吸收譜的顯著展寬，從而使得激子吸收峰在大的外電場作用下表現不明顯，以上實驗結果與基于量子限制stark效應(QCSE)的理論分析相一致。

如圖4所示：為一種典型的信號轉換放大電路。基于集成電路虛短原理，相當于EA的一端電壓為EAbias，一端為0，形成反向偏置；

EA產生的電流流過跨阻，輸出電壓為：

V＝IEA*R

其中模數轉換模塊5的輸入端連接著信號處理模塊4，輸出端連接著主控模塊1，模數轉換模塊5用于接收電壓信號，并轉換為數字信號傳送給主控模塊1。

其中主控模塊1用于分析電吸收調制器3偏壓，并調節偏壓發生器2，主控模塊1還對EA電流調理后的電壓進行采集，并通過電吸收調制器3電壓和電流的關系，測量出積分光譜，并對該曲線進行微分等計算，就可以還原出實際的光譜,需要說明的是，實際上EA的斜邊沒有那么陡，我們可以利用一個函數對原函數進行卷積，若要恢復出比較陡峭的波形，繪實際測試EA的吸收曲線，做反卷積就可實現。

如圖5所示：為光強度與波長示意圖和光電流與電壓示意圖。對后者曲線進行微分，即可得到光譜。

這種基于集成器件的光譜檢測方法，與傳統的光譜確定方法相比，操作簡單，成本較低，體積小，可以實現實時連續測量，具有可靠性強，精度高等優點。