一种基于集成器件的光谱检测装置及方法与流程

本发明涉及一种光谱检测装置及方法，特别涉及一种基于集成器件的光谱检测装置及方法。

背景技术：

目前，光谱检测是很重要的测量技术，在环境，安全，通信，光纤传感等多个领域都有重要的作用，集成的低成本，小体积的光谱检测技术有很好的发展前景。在通信和光纤传感领域，受光纤传输窗口的限制，波长范围主要集中在1260nm到1650nm的波长范围内，在这个波长范围内，得益于光通信行业的发展，出现了很多检测光谱的技术，比如光栅衍射法，可调谐滤波器法，可调激光器法等。但这些方法的成本都比较高，而且测量速度也较慢，难以实现低成本的高速光谱检测。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决在现有的光谱检测技术中测量速度慢以及成本高的问题而提供的一种基于集成器件的光谱检测装置及方法。

本发明提供的基于集成器件的光谱检测装置包括有主控模块、偏压发生器、电吸收调制器、信号处理模块和模数转换模块，主控模块与偏压发生器、电吸收调制器、信号处理模块和模数转换模块依次相串联。

主控模块还连接有显示模块和通信模块，显示模块用于显示装置的工作状态及相关参数，通信模块用于将装置转换的实际光谱及相关数据通过有线或无线通信协议传输给相关设备。

偏压发生器用于对电吸收调制器提供反向偏置电压；电吸收调制器用于将光信号转换为电信号；信号处理模块用于将电流信号转换为放大的电压信号；模数转换模块用于将电压信号转换为数字信号，并发送给主控模块；主控模块用于分析电吸收调制器偏压和吸收光强的曲线，对该曲线进行微分计算，能够还原出实际的光谱，电吸收调制器为多重量子阱电吸收调制器，偏压发生器为直流偏压发生器，输出的偏压幅值为0-100V，模数转换模块采用ADC。

本发明提供的基于集成器件的光谱检测方法，具体方法如下所述：

步骤一、将待测光入射到电吸收调制器上，电吸收调制器将光信号转换为电信号输出电流；传输到信号处理模块；

步骤二、信号处理模块将电吸收调制器输出的电流信号转换为电压信号，并放大到适合模数转换模块采样的水平；

步骤三、模数转换模块将电压信号转换为数字信号，并传输给主控模块；

步骤四、主控模块能够通过数模转换或脉冲宽度调制方式控制偏压发生器在0V到电吸收调制器的工作电压之间调节，设置偏置电压；

步骤五、主控模块设置偏置电压后，对电吸收调制器调理后的电压进行采集，并通过电吸收调制器电压和电流的关系，测量出积分光谱；

步骤六、主控模块通过微分算法，将积分光谱转换为实际光谱，完成测试。

本发明的有益效果：

本发明提供的基于集成器件的光谱检测装置及方法能够实现快速，低成本，小体积的光谱检测。由于其体积小，成本低，在光通信中的信道检测，以及在光纤光栅传感技术中，都能够得到大量的应用。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为本发明方法的流程示意图。

图3为不同偏置电压下光吸收谱测试结果示意图。

图4为一种典型的信号转换放大电路示意图。

图5为光强度与波长示意图和光电流与电压示意图。

1、主控模块 2、偏压发生器 3、电吸收调制器 4、信号处理模块

5、模数转换模块 6、显示模块 7、通信模块。

具体实施方式

请参阅图1、图2、图3、图4和图5所示：

本发明提供的基于集成器件的光谱检测装置包括有主控模块1、偏压发生器2、电吸收调制器3、信号处理模块4和模数转换模块5，主控模块1与偏压发生器2、电吸收调制器3、信号处理模块4和模数转换模块5依次相串联。

主控模块1还连接有显示模块6和通信模块7，显示模块6用于显示装置的工作状态及相关参数，通信模块7用于将装置转换的实际光谱及相关数据通过有线或无线通信协议传输给相关设备。

偏压发生器2用于对电吸收调制器3提供反向偏置电压；电吸收调制器3用于将光信号转换为电信号；信号处理模块4用于将电流信号转换为放大的电压信号；模数转换模块5用于将电压信号转换为数字信号，并发送给主控模块1；主控模块1用于分析电吸收调制器3偏压和吸收光强的曲线，对该曲线进行微分计算，能够还原出实际的光谱，电吸收调制器3为多重量子阱电吸收调制器，偏压发生器2为直流偏压发生器，输出的偏压幅值为0-100V，模数转换模块5采用ADC。

本发明提供的基于集成器件的光谱检测方法，具体方法如下所述：

步骤一、将待测光入射到电吸收调制器3上，电吸收调制器3将光信号转换为电信号输出电流；传输到信号处理模块4；

步骤二、信号处理模块4将电吸收调制器3输出的电流信号转换为电压信号，并放大到适合模数转换模块5采样的水平；

步骤三、模数转换模块5将电压信号转换为数字信号，并传输给主控模块1；

步骤四、主控模块1能够通过数模转换或脉冲宽度调制方式控制偏压发生器2在0V到电吸收调制器3的工作电压之间调节，设置偏置电压；

步骤五、主控模块1设置偏置电压后，对电吸收调制器3调理后的电压进行采集，并通过电吸收调制器3电压和电流的关系，测量出积分光谱；

步骤六、主控模块1通过微分算法，将积分光谱转换为实际光谱，完成测试。

如图3所示：为不同偏置电压下光吸收谱测试结果，从图中可见，量子阱材料的吸收峰在外电场作用下向长波长方向发生“紅移”，而激子吸收峰的强度随外加电场的增加而降低，同时因为激子束缚能的降低使激子寿命缩短，造成吸收谱的显著展宽，从而使得激子吸收峰在大的外电场作用下表现不明显，以上实验结果与基于量子限制stark效应(QCSE)的理论分析相一致。

如图4所示：为一种典型的信号转换放大电路。基于集成电路虚短原理，相当于EA的一端电压为EAbias，一端为0，形成反向偏置；

EA产生的电流流过跨阻，输出电压为：

V＝IEA*R

其中模数转换模块5的输入端连接着信号处理模块4，输出端连接着主控模块1，模数转换模块5用于接收电压信号，并转换为数字信号传送给主控模块1。

其中主控模块1用于分析电吸收调制器3偏压，并调节偏压发生器2，主控模块1还对EA电流调理后的电压进行采集，并通过电吸收调制器3电压和电流的关系，测量出积分光谱，并对该曲线进行微分等计算，就可以还原出实际的光谱,需要说明的是，实际上EA的斜边没有那么陡，我们可以利用一个函数对原函数进行卷积，若要恢复出比较陡峭的波形，绘实际测试EA的吸收曲线，做反卷积就可实现。

如图5所示：为光强度与波长示意图和光电流与电压示意图。对后者曲线进行微分，即可得到光谱。

这种基于集成器件的光谱检测方法，与传统的光谱确定方法相比，操作简单，成本较低，体积小，可以实现实时连续测量，具有可靠性强，精度高等优点。