[发明专利]一种用于消除半导体激光器调频干涉信号非线性的校正方法

说明书

本发明涉及半导体激光器调频干涉传感及测量技术领域，具体涉及一种关于半导体激光器调频干涉信号非线性的校正方法。一种用于消除半导体激光器调频干涉信号非线性的校正方法，通过构建二阶或二阶以上多项式时域变换关系，对调频连续波激光干涉测量系统的拍频干涉信号，提取几个相邻极值点的时间位置，建立关于调制变换系数的多元线性方程组并求解得到调制变换系数的实际数值，带入所构建的二阶或者二阶以上多项式时域变换关系，对实测拍频信号进行变换，从而实现对半导体激光器调频连续波干涉信号非线性的校正，本方法可用于各种基于半导体激光器的调频连续波干涉测量系统，提高以半导体激光器为发射光源的光学调频连续波干涉测量系统的测量精度。

技术领域

本发明涉及半导体激光器调频干涉传感及测量技术领域，具体涉及一种关于半导体激光器调频干涉信号非线性的校正方法。

背景技术

基于光学调频连续波(FMCW)干涉原理的位移、应力、温度传感器，以及光纤陀螺，都需要使用一个频率连续线性调制的相干光源。目前，单模半导体激光器被认为是最合适的调频相干光源，因为半导体激光器调制频率方法比较简单，直接调制驱动电流就可以实现频率调制。但是，半导体激光器的驱动电流与输出频率之间并非线性关系，这使得半导体激光器在线性调制驱动电流的控制下，输出频率并非随时间以线性规律变化，这会给基于光学调频连续波干涉原理的传感测量装置或者系统带来极大的测量误差。因此，如何消除半导体激光器调频干涉信号的非线性，是光学调频连续波干涉测量的关键。

调频连续波干涉测量系统中，通常消除半导体激光器调频干涉信号的非线性，是通过直接校正半导体激光器输出频率非线性实现的。主要方法有两种，一种是开环校正法，一种是闭环校正法。开环校正法的基本方式是寻找特定形式的非线性调制驱动电流，使半导体激光器输出频率随时间以线性形式变化。通过测量恒定电流输入条件下的输出频率，建立数据库，拟合出使激光器输出频率线性化的驱动电流波形。闭环校正法，则是通过采用延时自外差光电锁相环建立反馈回路，即使用干涉仪光路结构将激光器调频斜率值转换为干涉仪拍频信号频率，并以频率或相位作为闭环校正量，以负反馈形式补偿拍频信号的频率差，通过稳定干涉仪的拍频信号频率，实现对激光器输出信号调制斜率的稳定，即实现激光器输出调频信号的线性化校正。开环矫正法，硬件系统结构简单，实施容易，但存在线性调频精度不高的问题。闭环矫正法可以实现高精度的非线性校正，但系统复杂，并且因为光电锁相环锁定范围有限，线性调频范围受到极大限制。无论是开环校正法，还是闭环校正法，都属于预校正，都需要额外使用校正光路，预先通过对半导体激光器驱动电流的调整，来实现半导体激光器输出频率调制的线性化，从而达到校正调频干涉信号非线性的目的。

发明内容

本发明提供一种用于消除半导体激光器调频干涉信号非线性的校正方法，可以在不需要预先改变半导体激光器驱动电流的条件下，实现对于调频干涉信号非线性的校正，无需任何额外的硬件开销。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于消除半导体激光器调频干涉信号非线性的校正方法，通过构建二阶或二阶以上多项式时域变换关系，对调频连续波激光干涉测量系统的拍频干涉信号，提取几个相邻极值点的时间位置，建立关于调制变换系数的多元线性方程组并求解得到调制变换系数的实际数值，带入所构建的二阶或者二阶以上多项式时域变换关系，对实测拍频信号进行变换，从而实现对半导体激光器调频连续波干涉信号非线性的校正。

一种用于消除半导体激光器调频干涉信号非线性的校正方法，包括以下步骤：

步骤一：对半导体激光器以线性调制的锯齿波或三角波进行驱动，在调频连续波干涉测量系统中，使用光电探测器对调频连续波干涉拍频信号进行光电转换，转换之后的调频连续波干涉拍频信号表示为：

其中，T为拍频周期，I₀为信号幅值，V为信号调制度，光波频率由于非线性，可以表示为: