[发明专利]TDLAS中激光波长检测控制装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光波长检测装置及其检测控制方法，特别是一种用于TDLAS中激光波长检测和波长稳定控制方法及装置，具体地说，是一种基于双波长光纤迈克耳逊干涉仪和通过光纤压电陶瓷拉伸器实现光纤臂长差调制，进而利用相位调制度测量实现激光波长检测和波长稳定控制的方法及装置，应用于激光大气测量，工业燃烧测量控制等激光测量领域。

背景技术

TDLAS（可调谐二极管激光吸收光谱学)是气体传感领域最有效的手段之一。TDLAS除了可应用于大气环境污染检测，工业废气检测外，还可用于多个流体参数的在线高灵敏度测量，例如温度，压力，流速，浓度等，可用于燃气状态监测和控制，对于航空航天等领域有重要意义。TDLAS可分为直接吸收法和激光器调制法，直接吸收法具有结构简单，稳定可靠的特点，但信噪比较低，激光器调制法信噪比高，可用于痕量气体检测。TDLAS普遍采用近红外DFB半导体激光器（分布式反馈激光器）光源，近红外DFB半导体激光器输出波长与待测气体的吸收谱线要高度接近，因此近红外DFB半导体激光器输出波长的测量和稳定成为TDLAS实现工业应用的前提条件。近红外DFB半导体激光器在采用恒流，恒温，防震和密封后，其波长稳定度可以提高一个量级，但再进一步调高，将受温度控制极限的限制。必须采用进一步的波长稳定措施，控制激光波长稳定的内在因素。如果对近红外DFB半导体激光器不加波长稳定控制措施，近红外DFB半导体激光器存在慢漂和跳模现象，同时电噪声和机械噪声能引起近红外DFB半导体激光器输出波长跳动。

传统近红外DFB半导体激光器波长检测方法为光波长计和光谱仪，用于TDLAS中实现高精度波长测量的主要为光波长计。光波长计一般价格昂贵，由于大量采用光学透镜而结构复杂，而且实时性较差，这就限制了TDLAS的在线实时测量应用。

发明内容

本发明要解决的具体技术问题是TDLAS中，近红外DFB半导体激光器输出波长存在慢漂和跳模的问题，进而提供一种TDLAS中激光波长检测控制装置及其控制方法，以保证近红外DFB半导体激光器输出波长与TDLAS待测气体的吸收谱线重合。

实现本发明的目的在于所提供的一种TDLAS中激光波长检测控制装置及其控制方法，其中，所述一种TDLAS中激光波长检测控制装置，包括近红外DFB半导体激光器、氦氖激光器、光隔离器、单模光纤耦合器、、压电陶瓷光纤拉伸器、光滤波片、光电探测器和波长捡测控制器；其特征在于：所述近红外DFB半导体激光器的信号通过第一光隔离器输入到第一单模光纤耦合器；所述氦氖激光器的信号通过第二光隔离器输入到第一单模光纤耦合器；所述第一单模光纤耦合器输出光进入第二单模光纤耦合器，第二单模光纤耦合器的输出臂上缠绕有第一压电陶瓷光纤拉伸器输出；与第二压电陶瓷光纤拉伸器；

其中，第二压电陶瓷光纤拉伸器由正弦信号调制器对光纤输出臂的长度差进行调制；第二单模光纤耦合器两输出臂的端面菲涅耳反射光输入给第三单模光纤耦合器，第三单模光纤耦合器输出臂分别通过近红外光滤波片与可见光滤波片由第一光电探测器与第二光电探测器接收后输出给近红外DFB半导体激光器波长测量和电流控制器，构成TDLAS中激光波长检测控制装置。

所述一种TDLAS中激光波长检测控制装置的控制方法，其所述方法是通过双波长光纤迈克耳逊干涉仪结构和通过光纤压电陶瓷拉伸器实现光纤臂长差调制，同时利用光电探测器探测光纤端面菲涅耳反射干涉信号和通过相位调制度测量实现激光波长快速检测，通过控制近红外DFB半导体激光器偏置电流实现输出波长的稳定。

本发明上述所提供的一种TDLAS中激光波长检测控制装置，结合光纤传感技术，集成度高，快速准确，性能稳定；本发明所提供的一种TDLAS中激光波长检测控制装置的控制方法，通过双波长光纤迈克耳逊干涉仪结构和通过光纤压电陶瓷拉伸器实现光纤臂长差调制，同时利用光电探测器探测光纤端面菲涅耳反射干涉信号和通过相位调制度测量实现激光波长快速检测，通过控制近红外DFB半导体激光器电流实现输出波长的稳定，克服了TDLAS系统中红外DFB半导体激光器存在慢漂和跳模现象，可广泛应用于激光大气测量，工业燃烧测量控制等激光测量领域。

附图说明

图1是TDLAS中激光波长检测及波长稳定控制装置及其控制方法