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

背景技術(shù)：

目前，光譜檢測(cè)是很重要的測(cè)量技術(shù)，在環(huán)境，安全，通信，光纖傳感等多個(gè)領(lǐng)域都有重要的作用，集成的低成本，小體積的光譜檢測(cè)技術(shù)有很好的發(fā)展前景。在通信和光纖傳感領(lǐng)域，受光纖傳輸窗口的限制，波長(zhǎng)范圍主要集中在1260nm到1650nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，在這個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，得益于光通信行業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了很多檢測(cè)光譜的技術(shù)，比如光柵衍射法，可調(diào)諧濾波器法，可調(diào)激光器法等。但這些方法的成本都比較高，而且測(cè)量速度也較慢，難以實(shí)現(xiàn)低成本的高速光譜檢測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決在現(xiàn)有的光譜檢測(cè)技術(shù)中測(cè)量速度慢以及成本高的問(wèn)題而提供的一種基于集成器件的光譜檢測(cè)裝置及方法。

本發(fā)明提供的基于集成器件的光譜檢測(cè)裝置包括有主控模塊、偏壓發(fā)生器、電吸收調(diào)制器、信號(hào)處理模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，主控模塊與偏壓發(fā)生器、電吸收調(diào)制器、信號(hào)處理模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊依次相串聯(lián)。

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(tài)及相關(guān)參數(shù)，通信模塊用于將裝置轉(zhuǎn)換的實(shí)際光譜及相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)有線或無(wú)線通信協(xié)議傳輸給相關(guān)設(shè)備。

偏壓發(fā)生器用于對(duì)電吸收調(diào)制器提供反向偏置電壓；電吸收調(diào)制器用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；信號(hào)處理模塊用于將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為放大的電壓信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并發(fā)送給主控模塊；主控模塊用于分析電吸收調(diào)制器偏壓和吸收光強(qiáng)的曲線，對(duì)該曲線進(jìn)行微分計(jì)算，能夠還原出實(shí)際的光譜，電吸收調(diào)制器為多重量子阱電吸收調(diào)制器，偏壓發(fā)生器為直流偏壓發(fā)生器，輸出的偏壓幅值為0-100V，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用ADC。

本發(fā)明提供的基于集成器件的光譜檢測(cè)方法，具體方法如下所述：

步驟一、將待測(cè)光入射到電吸收調(diào)制器上，電吸收調(diào)制器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出電流；傳輸?shù)叫盘?hào)處理模塊；

步驟二、信號(hào)處理模塊將電吸收調(diào)制器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并放大到適合模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采樣的水平；

步驟三、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并傳輸給主控模塊；

步驟四、主控模塊能夠通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換或脈沖寬度調(diào)制方式控制偏壓發(fā)生器在0V到電吸收調(diào)制器的工作電壓之間調(diào)節(jié)，設(shè)置偏置電壓；

步驟五、主控模塊設(shè)置偏置電壓后，對(duì)電吸收調(diào)制器調(diào)理后的電壓進(jìn)行采集，并通過(guò)電吸收調(diào)制器電壓和電流的關(guān)系，測(cè)量出積分光譜；

步驟六、主控模塊通過(guò)微分算法，將積分光譜轉(zhuǎn)換為實(shí)際光譜，完成測(cè)試。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提供的基于集成器件的光譜檢測(cè)裝置及方法能夠?qū)崿F(xiàn)快速，低成本，小體積的光譜檢測(cè)。由于其體積小，成本低，在光通信中的信道檢測(cè)，以及在光纖光柵傳感技術(shù)中，都能夠得到大量的應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明方法的流程示意圖。

圖3為不同偏置電壓下光吸收譜測(cè)試結(jié)果示意圖。

圖4為一種典型的信號(hào)轉(zhuǎn)換放大電路示意圖。

圖5為光強(qiáng)度與波長(zhǎng)示意圖和光電流與電壓示意圖。

1、主控模塊 2、偏壓發(fā)生器 3、電吸收調(diào)制器 4、信號(hào)處理模塊

5、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 6、顯示模塊 7、通信模塊。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示：

本發(fā)明提供的基于集成器件的光譜檢測(cè)裝置包括有主控模塊1、偏壓發(fā)生器2、電吸收調(diào)制器3、信號(hào)處理模塊4和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5，主控模塊1與偏壓發(fā)生器2、電吸收調(diào)制器3、信號(hào)處理模塊4和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5依次相串聯(lián)。

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(tài)及相關(guān)參數(shù)，通信模塊7用于將裝置轉(zhuǎn)換的實(shí)際光譜及相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)有線或無(wú)線通信協(xié)議傳輸給相關(guān)設(shè)備。

偏壓發(fā)生器2用于對(duì)電吸收調(diào)制器3提供反向偏置電壓；電吸收調(diào)制器3用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；信號(hào)處理模塊4用于將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為放大的電壓信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5用于將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并發(fā)送給主控模塊1；主控模塊1用于分析電吸收調(diào)制器3偏壓和吸收光強(qiáng)的曲線，對(duì)該曲線進(jìn)行微分計(jì)算，能夠還原出實(shí)際的光譜，電吸收調(diào)制器3為多重量子阱電吸收調(diào)制器，偏壓發(fā)生器2為直流偏壓發(fā)生器，輸出的偏壓幅值為0-100V，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5采用ADC。

本發(fā)明提供的基于集成器件的光譜檢測(cè)方法，具體方法如下所述：

步驟一、將待測(cè)光入射到電吸收調(diào)制器3上，電吸收調(diào)制器3將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出電流；傳輸?shù)叫盘?hào)處理模塊4；

步驟二、信號(hào)處理模塊4將電吸收調(diào)制器3輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并放大到適合模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5采樣的水平；

步驟三、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并傳輸給主控模塊1；

步驟四、主控模塊1能夠通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換或脈沖寬度調(diào)制方式控制偏壓發(fā)生器2在0V到電吸收調(diào)制器3的工作電壓之間調(diào)節(jié)，設(shè)置偏置電壓；

步驟五、主控模塊1設(shè)置偏置電壓后，對(duì)電吸收調(diào)制器3調(diào)理后的電壓進(jìn)行采集，并通過(guò)電吸收調(diào)制器3電壓和電流的關(guān)系，測(cè)量出積分光譜；

步驟六、主控模塊1通過(guò)微分算法，將積分光譜轉(zhuǎn)換為實(shí)際光譜，完成測(cè)試。

如圖3所示：為不同偏置電壓下光吸收譜測(cè)試結(jié)果，從圖中可見(jiàn)，量子阱材料的吸收峰在外電場(chǎng)作用下向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向發(fā)生“紅移”，而激子吸收峰的強(qiáng)度隨外加電場(chǎng)的增加而降低，同時(shí)因?yàn)榧ぷ邮`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(chǎng)作用下表現(xiàn)不明顯，以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果與基于量子限制stark效應(yīng)(QCSE)的理論分析相一致。

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

EA產(chǎn)生的電流流過(guò)跨阻，輸出電壓為：

V＝IEA*R

其中模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5的輸入端連接著信號(hào)處理模塊4，輸出端連接著主控模塊1，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5用于接收電壓信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳送給主控模塊1。

其中主控模塊1用于分析電吸收調(diào)制器3偏壓，并調(diào)節(jié)偏壓發(fā)生器2，主控模塊1還對(duì)EA電流調(diào)理后的電壓進(jìn)行采集，并通過(guò)電吸收調(diào)制器3電壓和電流的關(guān)系，測(cè)量出積分光譜，并對(duì)該曲線進(jìn)行微分等計(jì)算，就可以還原出實(shí)際的光譜,需要說(shuō)明的是，實(shí)際上EA的斜邊沒(méi)有那么陡，我們可以利用一個(gè)函數(shù)對(duì)原函數(shù)進(jìn)行卷積，若要恢復(fù)出比較陡峭的波形，繪實(shí)際測(cè)試EA的吸收曲線，做反卷積就可實(shí)現(xiàn)。

如圖5所示：為光強(qiáng)度與波長(zhǎng)示意圖和光電流與電壓示意圖。對(duì)后者曲線進(jìn)行微分，即可得到光譜。

這種基于集成器件的光譜檢測(cè)方法，與傳統(tǒng)的光譜確定方法相比，操作簡(jiǎn)單，成本較低，體積小，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連續(xù)測(cè)量，具有可靠性強(qiáng)，精度高等優(yōu)點(diǎn)。