[发明专利]一种用于太赫兹时域光谱系统的光功率自适应调节方法及装置

说明书

本发明公开了一种用于太赫兹时域光谱系统的光功率自适应调节装置及方法，其包括飞秒激光器、发射电控可调衰减器、探测电控可调衰减器、发射光分路器、探测光分路器和电控可调衰减器电源控制单元，光功率转换输送模块、主控MCU和上位机PC；主控MCU采集、解析光功率转换输送模块发来的光功率信号，与对应发射端光功率阈值或探测端光功率阈值进行对比，向电控可调衰减器电源控制单元输出对应脉冲占空比信号，电控可调衰减器电源控制单元基于接收的脉冲占空比信号向发射电控可调衰减器和探测电控可调衰减器输出电压。其通过主控MCU和电控可调衰减器电源控制单元的协同作用，实现EVOA的自适应调整，调试简易、响应速度快、控制精度高、成本低。

技术领域：

本发明属于太赫兹光谱和成像技术领域，具体涉及一种用于太赫兹时域光谱系统的光功率自适应调节方法及装置。

背景技术：

太赫兹波是介于微波和红外波段的一种穿透能力强、光子能量低的电磁波，其频率在0.1～10THz(1THz＝10¹²Hz)之间。太赫兹光谱和成像系统是利用太赫兹波进行光电导采样，广泛应用于物质识别、安全检查、材料与结构的无损探伤、生物组织的活体检查、无线通信等领域。

在采样中，飞秒激光器产生的激光激发光电导天线产生光生载流子，这些载流子在太赫兹脉冲电场的作用下形成电流，通过探测电流的变化即可实现对太赫兹脉冲的测量。要想实现良好的探测精度，并且避免飞秒激光器因光功率过大对光电导天线造成损伤，因此，飞秒激光器的光功率精确控制成为了太赫兹时域光谱系统的关键部分。

目前，市面上成熟的飞秒激光器有朗研激光器、Toptick激光器等，其探测和发射的光功率都是固定不变的，分别为10mW～100mW不等。然而，将飞秒激光器应用到太赫兹时域光谱系统中时，为适配不同的光纤长度和空间光路，需要对激光器的光功率进行调整。因此，光功率衰减器的应用成为必然。

当下广泛应用的是机械式可变衰减器(MVOA)，其工作方式是将光纤模场直径扩束到几毫米直径，通过调节旋钮，带动遮挡板来遮挡光纤光路达到衰减的效果。MVOA具有很好的光学参数如小于1.5dB的插入损耗，-30dB的回波损耗，0.01dB的分辨率。尽管MVOA的可靠性好，精度高，但同时也有调试复杂、响应速度慢、体积大、调好后不易锁紧等缺点。从目前的国内外研究和应用情况看，电控可调衰减器(EVOA)也在应用，具有响应时间短，集成化高的特点，但是其成本较高、无法自动调节等缺点。

发明内容：

针对目前MVOA调试复杂、响应速度慢、调好后不易锁紧的问题，以及现有EVOA成本高，无法自动调节等缺点，本发明公开了一种用于太赫兹时域光谱系统的光功率自适应调节方法及装置，主控MCU通过对脉冲占空比的调整，实现对EVOA衰减值的精准控制，进而实现光功率的自适应调节。本发明克服了现有MVOA和EVOA的以上缺陷，具有调试简易、响应速度快、控制精度高、自适应调节、实时性好等特点，可广泛应用在太赫兹时域光谱系统中。

为了实现上述目的，本发明涉及的一种用于太赫兹时域光谱系统的光功率自适应调节装置，包括飞秒激光器、发射电控可调衰减器、探测电控可调衰减器、发射光分路器、探测光分路器、电控可调衰减器电源控制单元，光功率转换输送模块和主控MCU；

所述飞秒激光器用于发出两束飞秒脉冲，一束为泵浦光，一束为探测光，所述发射电控可调衰减器用于接收泵浦光，发射光分路器与发射电控可调衰减器连接，用于将泵浦光分成第一光束和第二光束，所述探测电控可调衰减器用于接收探测光，探测光分路与探测电控可调衰减器连接，用于将探测光分成第三光束和第四光束；