一种可调谐激光谐振腔体湿度控制装置及控制方法与流程

本发明涉及可调谐激光源领域，特别涉及一种可调谐激光谐振腔体湿度控制装置及控制方法。

背景技术：

1、可调谐激光源，主要由可调谐激光谐振腔体、外围电路以及波长锁定器等部分组成。它能够连续输出波长可调谐的高质量激光光束，是光模块、光纤传感、环境监测和生物医疗等领域的理想光源，但其整体性能往往与可调谐激光谐振腔体谐振输出特性密切相关。可调谐激光谐振腔体，其内部的未气密性封装增益芯片、整形透镜和闪耀光栅等元器件，极易受工作环境湿度的等影响，导致可调谐激光源绝对波长精度、波长稳定性和波长稳定性等指标恶化，甚至出现模式紊乱等问题。

2、传统的解决方案：一种是对增益芯片进行气密性封装以降低增益芯片端面出现光学灾变等的风险，但增益芯片的气密性封装既会导致成本增加又会引入额外的损耗，此外，整形透镜和闪耀光栅等元器件仍然存在受工作环境湿度等影响的风险。另一种是采用软胶密封等方案对整个谐振腔体进行密封设计，然而当可调谐激光谐振腔体持续的处在冷热交变条件下，其内部存在气压高低起伏变化会引起谐振光程的扰动引起激光器输出模式的随机跳变，从而影响可调谐激光源性能。再一种是借助贴装湿度传感器配合复杂算法控制除湿模块的方案来增强可调谐激光谐振腔体的环境生存能力，但湿度传感器贴装位置、不同可调谐激光谐振腔体的可适应湿度阈值均存在差异，因此该方案鲁棒性较差。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种可调谐激光谐振腔体湿度控制装置及控制方法，以达到降低成本、减少工艺复杂性、精确调控湿度的目的。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种可调谐激光谐振腔体湿度控制装置，包括控制计算机、驱动电路、谐振腔体、除湿模块、波长采集单元和湿度控制装置；

4、所述控制计算机，用于提供驱动电路、波长采集单元和湿度控制装置的指令初始化和驱动信号，同步触发、采集和处理波长采集单元实时记录的波长分布数据信息；

5、所述驱动电路，用于为谐振腔体和除湿模块提供运转动力；

6、所述谐振腔体，用于可调谐激光光束的产生；

7、所述除湿模块，用于为谐振腔体提供满足要求的相对湿度要求；

8、所述波长采集单元，用于监测谐振腔体的输出波长；

9、所述湿度控制装置，用于模拟谐振腔体可能工作的局部环境湿度。

10、上述方案中，所述谐振腔体和除湿模块通过平行封焊或uv固化工艺贴合在一起，除湿模块位于谐振腔体的上表面。

11、上述方案中，所述谐振腔体和除湿模块位于湿度控制装置内。

12、上述方案中，所述波长采集单元为波长计或光谱仪。

13、上述方案中，所述谐振腔体具体组成如下：

14、增益芯片，用作自由空间光外腔强反馈种子信号生成器；

15、整形透镜，用于增益芯片出射椭圆光束的整形和准直；

16、模式选择单元，用于可谐振模式的选择；

17、调谐镜，构成可调谐激光源谐振腔的高反射端面；

18、光陷阱，用于0级谐振输出光的收集，防止多次反射影响增益芯片的工作状态；

19、分束器，用于增益芯片光纤耦合输出端谐振光束的分离；

20、输出，连接分束器的高分光比一端，用于高性能谐振激光光束的导出。

21、一种可调谐激光谐振腔体湿度控制方法，采用如上所述的一种可调谐激光谐振腔体湿度控制装置，包括如下步骤：

22、步骤1：控制计算机读取驱动电路、波长采集单元的初始状态参数并完成驱动电路的初始化；设置谐振腔体的扫描速度、起始波长、终止波长，将湿度控制装置的湿度设置为h[i]＝h0+i*hstep，h0代表初始湿度，hstep代表湿度变化度，i代表湿度设置次数，i＝0～n，n代表湿度最多可设置次数；

23、步骤2：在h[i]条件下，读取波长采集单元记录的起始波长到终止波长区间内的波长数据wmea[1～j]，j代表终止波长处的波长位置；对波长采集单元采集的波长数据wmea[1～j]进行处理，计算相邻波长的二阶差值h[i]wt[3～j]；提取出h[i]wt[3～j]中的最大值h[i]maxw和最小值h[i]minw；

24、步骤3，判断(h[1～n]maxw-h[i]minw)≥th*w1是否成立，w1＝h[0]maxw-h[i]minw，th代表阈值；若不成立，则可调谐激光谐振腔体正常运转，若成立，则标记满足上述条件的第一个湿度值h[ii]，i≤ii≤n，此时湿度值h[ii]中的最大值h[ii]maxw与最小值h[ii]minw差值的一半记作除湿模块致动与否的临界阈值wsf，同时h[ii]作为可调谐激光谐振腔体正常工作需满足的湿度上限，即工作湿度小于h[ii]，ii表示湿度设置数值中的某一个；

25、步骤4：控制计算机加载驱动信号于驱动电路启动除湿模块；控制计算机关断湿度控制装置，读取波长采集单元记录的起始波长到终止波长区间内的波长数据wreal[1～jj]，jj代表关断湿度控制装置后，读取到的终止波长位置；对波长采集单元采集的波长数据wreal[1～jj]进行处理，计算相邻波长的二阶差值wtt[3～jj]，且提取出最大值maxtt和最小值mintt；

26、步骤5：若wsf≥0.5(maxtt-mintt)不成立，则此时的相对湿度对可调谐激光谐振腔体的正常运转无影响，无需启动除湿模块，可调谐激光谐振腔体正常运转，否则启动除湿模块，实时捕捉输出端分光支路相邻波长差值变化量，当2*wsf＜maxtt-mintt时，关闭除湿模块。

27、优选地，h0＝75％，n＝2。

28、优选地，th＝25。

29、通过上述技术方案，本发明提供的一种可调谐激光谐振腔体湿度控制装置及控制方法具有如下有益效果：

30、1、本发明解决了单独封装增益芯片方法导致的外腔损耗增加、成本增加以及装配工艺复杂等难题；

31、2、本发明解决了可调谐激光谐振腔体整体封装会存在空间光路由于压力波动导致激光器跳模以及增益芯片(半蝶形封装)、整形透镜和闪耀光栅等元器件存在凝露等的风险；

32、3、相比于贴装湿度传感器来提取腔体湿度来说，本发明根据相邻波长差值变化量更能准确的反映可调谐激光谐振腔体的真实运转状态；

33、4、本发明取消0级输出光的耦合(空间-光纤)装配工序，降低成本和装配时间；

34、5、本发明进一步扩大了可调谐激光源的应用范围，为可调谐激光源增加应用场景，促进可调谐激光源产业的快速发展。

技术特征：

1.一种可调谐激光谐振腔体湿度控制装置，其特征在于，包括控制计算机、驱动电路、谐振腔体、除湿模块、波长采集单元和湿度控制装置；

2.根据权利要求1所述的一种可调谐激光谐振腔体湿度控制装置，其特征在于，所述谐振腔体和除湿模块通过平行封焊或uv固化工艺贴合在一起，除湿模块位于谐振腔体的上表面。

3.根据权利要求1所述的一种可调谐激光谐振腔体湿度控制装置，其特征在于，所述谐振腔体和除湿模块位于湿度控制装置内。

4.根据权利要求1所述的一种可调谐激光谐振腔体湿度控制装置，其特征在于，所述波长采集单元为波长计或光谱仪。

5.根据权利要求1所述的一种可调谐激光谐振腔体湿度控制装置，其特征在于，所述谐振腔体具体组成如下：

6.一种可调谐激光谐振腔体湿度控制方法，采用如权利要求1-4任一项所述的一种可调谐激光谐振腔体湿度控制装置，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种可调谐激光谐振腔体湿度控制方法，其特征在于，h0＝75％，n＝2。

8.根据权利要求6所述的一种可调谐激光谐振腔体湿度控制方法，其特征在于，th＝25。

技术总结本发明公开了一种可调谐激光谐振腔体湿度控制装置及控制方法，装置包括控制计算机、驱动电路、谐振腔体、除湿模块、波长采集单元和湿度控制装置；本发明的控制方法基于可调谐激光谐振腔体谐振输出波长的稳定性易受局部湿度影响导致运转模式跳变的特点，通过对增益芯片光纤耦合输出端分光支路相邻波长差值变化量进行自动计算与分析，实现可调谐激光谐振腔体局部湿度的自动控制，增强可调谐激光谐振腔体的环境适应性能力和长期可靠性。技术研发人员：盛立文,黄琳,王建军,刘志明,乔山,韦育,郑策,石佳慧,张世杰,张志辉受保护的技术使用者：中电科思仪科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4