一种用于表面涂覆工艺光学检测的色散补偿器

本发明属于表面抗菌涂层涂覆设备研发，具体地，涉及一种用于表面涂覆工艺光学检测的色散补偿器。

背景技术：

1、理想的单频光源是不存在的，实际中光源发出的光都包含很多频率成分、是具有一定频谱宽度的复色光，而光在介质中传播时存在色散，即不同频率的光在介质中的传播速度也是不同的，当光在介质中传播时，随着传播距离的增大，不同频率成分逐渐分开，传播距离越大，不同频率成分间的时间差越大，严重限制了光学通信系统的容量和光学检测系统的准确性。

2、在表面抗菌涂层涂覆工艺中，主要通过调控紫外固化液的浓度、紫外固化时间、清洗过程等关键因素，优化抗菌表面的结构和性能，以获得稳定的抗菌性能，此时，对抗菌表面结构的检测尤为重要，目前主要采用无接触的光学检测，以免在检测过程中影响或破坏抗菌表面结构，降低表面涂层的抗菌性能，但光学检测系统中的色散严重限制了光学检测的精度，难以满足表面抗菌涂层涂覆过程中，抗菌表面结构的检测及监测。

3、色散补偿器是一种用于补偿传播介质中色散的装置，可以减小色散所造成的光信号失真，从而提升光学检测的精度，但目前的色散补偿器结构复杂、色散补偿效果差，难以满足高精度光学检测系统的需求，特别是色散补偿器的工作波长固定，难以满足不同工作波长光学检测系统的需求。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提出了一种用于表面涂覆工艺光学检测的色散补偿器，克服了目前光纤色散补偿器结构复杂、色散补偿效果差、工作波长固定，难以满足大容量、高带宽、及不同工作波长光纤通信系统的需求的问题，能够很好的与表面抗菌涂层涂覆工艺相结合，使其更容易在不同环境下实现稳定的抗菌涂层涂覆。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种用于表面涂覆工艺光学检测的色散补偿器：

4、所述色散补偿器包括第一光纤耦合器1、布拉格光纤光栅2、第一加热片3、第二光纤耦合器4、光纤环5、第二加热片6、第三光纤耦合器7和电源8；

5、所述第一光纤耦合器1的光输入端为色散补偿器的光输入端，第一光纤耦合器1的第一光输出端连接布拉格光纤光栅2的光输入端，布拉格光纤光栅2放置在第一加热片3上，第一加热片3的信号输入端连接电源8的第一信号输出端，布拉格光纤光栅2的光输出端连接第三光纤耦合器7的第一光输入端；

6、第一光纤耦合器1的第二光输出端连接第二光纤耦合器4的第一光输入端，光纤环5连接第二光纤耦合器4的第二光输入端与第二光输出端，光纤环5的一部分放置在第二加热片6上，第二加热片6的信号输入端连接电源8的第二信号输出端，第二光纤耦合器4的第一光输出端连接第三光纤耦合器7的第二光输入端，第三光纤耦合器7的光输出端为色散补偿器的光输出端；

7、所述的第二光纤耦合器4、光纤环5构成光纤谐振腔，光纤谐振腔的一个谐振波长为色散补偿器的工作波长，光纤谐振腔的透射谱在谐振波长处为透射谷；

8、所述的第二光纤耦合器4为2×2光纤耦合器，第一光输入端与第一光输出端是直通的，第二光输入端与第二光输出端是直通的，且直通时光功率剩余的百分比大于99％、小于100％；

9、光在所述光纤谐振腔中传输一周时，光功率剩余的百分比小于99％、大于0％；

10、光被布拉格光纤光栅2反射并经第一光纤耦合器1、光纤谐振腔传输至第三光纤耦合器7所用的时间，等于光经布拉格光纤光栅2透射并传输至第三光纤耦合器7所用的时间；

11、所述的布拉格光纤光栅2的反射谱为一个反射峰，此反射峰的中心波长即为色散补偿器的工作波长，不能被布拉格光纤光栅2反射的光经布拉格光纤光栅2透射，布拉格光纤光栅2的温度越高则其反射峰的中心波长越大，布拉格光纤光栅2的温度越低则其反射峰的中心波长越小；

12、所述的布拉格光纤光栅2的反射峰的线宽小于光纤谐振腔的透射谷的线宽的四分之一；

13、所述的光纤环5的一部分放置在第二加热片6上，第二加热片6的温度越高则光纤环5的长度越大、光纤谐振腔的腔长越大，第二加热片6的温度越低则光纤环5的长度越小、光纤谐振腔的腔长越小。

14、进一步的，所述的第一加热片3的温度由第一加热片3的信号输入端的电压决定，电压越大则第一加热片3的温度越高，电压越小则第一加热片3的温度越低；

15、所述的第二加热片6的温度由第二加热片6的信号输入端的电压决定，电压越大则第二加热片6的温度越高，电压越小则第二加热片6的温度越低。

16、进一步的，所述的第一光纤耦合器1为1×2光纤耦合器，耦合比为50:50；

17、所述的第三光纤耦合器7为1×2光纤耦合器，第二光输入端与第二光光输出端是直通的，且直通时光功率剩余的百分比为70％；

18、所述的电源8的第一信号输出端输出直流电压信号加载到第一加热片3的信号输入端，以控制第一加热片3的温度，电源8的第二信号输出端输出直流电压信号加载到第二加热片6的信号输入端，以控制第二加热片6的温度。

19、一种用于表面涂覆工艺光学检测的色散补偿器的控制方法：

20、所述方法具体包括以下步骤：

21、步骤1，光脉冲由第一光纤耦合器1的光输入端输入，经第一光纤耦合器1进入布拉格光纤光栅2，布拉格光纤光栅2反射的光形成光脉冲1，光脉冲1经第一光纤耦合器1进入光纤谐振腔，光脉冲1在光纤谐振腔内发生谐振、并进行色散补偿；

22、步骤2，光脉冲1由光纤谐振腔输出进入第三光纤耦合器7，未被布拉格光纤光栅2反射的光经布拉格光纤光栅2透射形成光脉冲2，光脉冲2直接进入第三光纤耦合器7，光脉冲1与光脉冲2在第三光纤耦合器7相遇，重新形成一个光脉冲、并由第三光纤耦合器7的光输出端输出；

23、步骤3，布拉格光纤光栅2放置在第一加热片3上，光纤环5的一部分放置在第二加热片6上，电源8分别输出直流电压信号加载到第一加热片3、第二加热片6的信号输入端，以控制第一加热片3、第二加热片6的温度，进而控制布拉格光纤光栅2的反射峰的中心波长、光纤谐振腔的谐振波长，使得布拉格光纤光栅2的反射峰的中心波长与光纤谐振腔的一个谐振波长相同，且均为色散补偿器的工作波长。

24、进一步的，在光纤谐振腔的谐振波长附近能够获得反常色散，同时，第二光纤耦合器4直通时光功率剩余的百分比越大、光在光纤谐振腔中传输一周时光功率剩余的百分比越小，光纤谐振腔的透射率越大；同时，在色散补偿器的工作波长附近获得反常色散；

25、由于第一光纤耦合器的耦合比为50:50、第三光纤耦合器7直通时光功率剩余的百分比为70％，因此，光脉冲1和光脉冲2在第三光纤耦合器7相遇时，二者功率下降的幅度相近。

26、进一步的，所述色散补偿器在使用前，需要“预热”，“预热”的过程如下：电源8输出直流电压信号1加载到第一加热片3的信号输入端，

27、此时，直流电压信号1的电压值u10较大，直流电压信号1使第一加热片3的温度较高、布拉格光纤光栅2的温度较高，布拉格光纤光栅2的反射峰的中心波长较大；

28、同时，电源8输出直流电压信号2加载到第二加热片6的信号输入端，此时，直流电压信号2的电压值u20较大，直流电压信号2使第二加热片6的温度较高，光纤谐振腔的腔长较大；此时，设置直流电压信号1的电压值u10、直流电压信号2的电压值u20，使得布拉格光纤光栅2的反射峰的中心波长与光纤谐振腔的一个谐振波长相同，且均为色散补偿器的工作波长。

29、进一步的，在所述色散补偿器工作时，如果要增大色散补偿器的工作波长，过程如下：电源8输出直流电压信号1加载到第一加热片3的信号输入端，此时，直流电压信号1的电压值u11大于u10，直流电压信号1使第一加热片3的温度升高、布拉格光纤光栅2的温度升高，布拉格光纤光栅2的反射峰的中心波长变大；

30、同时，电源8输出直流电压信号2加载到第二加热片6的信号输入端；此时，直流电压信号2的电压值u21大于u20，直流电压信号2使第二加热片6的温度升高，光纤谐振腔的腔长变大；此时，设置直流电压信号1的电压值u11、直流电压信号2的电压值u21，使得布拉格光纤光栅2的反射峰的中心波长与光纤谐振腔的一个谐振波长相同，且均为色散补偿器的工作波长，这样，增大了色散补偿器的工作波长。

31、进一步的，在所述色散补偿器工作时，如果要减小色散补偿器的工作波长，过程如下：电源8输出直流电压信号1加载到第一加热片3的信号输入端，此时，直流电压信号1的电压值u12小于u10，直流电压信号1使第一加热片3的温度降低、布拉格光纤光栅2的温度降低，布拉格光纤光栅2的反射峰的中心波长变小；

32、同时，电源8输出直流电压信号2加载到第二加热片6的信号输入端，此时，直流电压信号2的电压值u22小于u20，直流电压信号2使第二加热片6的温度降低，光纤谐振腔的腔长变小；此时，设置直流电压信号1的电压值u12、直流电压信号2的电压值u22，使得布拉格光纤光栅2的反射峰的中心波长与光纤谐振腔的一个谐振波长相同，且均为色散补偿器的工作波长，这样，减小了色散补偿器的工作波长。

33、本发明有益效果

34、本发明在工作波长附近获得反常色散，并在工作波长附近对正常色散进行补偿，利用两个加热片分别并协同控制布拉格光纤光栅的反射峰的中心波长、光纤谐振腔的谐振波长，从而调谐工作波长，因此，本发明具有结构简单、色散补偿效果好、工作波长可调谐、可满足不同工作波长光学检测系统需求的优点。

35、本发明在涂覆工艺中加入色散补偿器，能够进行无接触的光学检测，避免因在检测过程中的接触影响或破坏抗菌表面结构，降低表面涂层的抗菌性能；同时色散补偿器能确保在涂覆过程中使用的光信号质量不受色散的影响，从而提高检测的准确性和稳定性；

36、通过色散补偿器可以更精细地控制涂层的结构和性能，优化抗菌涂层的质量和稳定性；结合色散补偿器可以增加涂覆工艺对不同条件的适应性，使其更容易在不同环境下实现稳定的抗菌涂层涂覆；结合色散补偿器和表面抗菌涂层涂覆工艺，整体上提升了涂覆工艺及光学检测系统的性能，为抗菌涂层的生产提供了更可靠的解决方案。