一种半导体激光器光源的非线性响应校正方法和装置

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	一种半导体激光器光源的非线性响应校正方法和装置
其他题名	一种半导体激光器光源的非线性响应校正方法和装置
	林志立; 蒲继雄
	2014-07-16
专利权人	华侨大学
公开日期	2014-07-16
授权国家	中国
专利类型	发明申请
摘要	本发明提供了一种半导体激光器光源线性调频时出现的非线性响应校正方法，先通过搭建的装置测出半导体激光器的调频一阶线性响应系数和二、三、四阶非线性响应系数，再将对应的非线性调制电压信号曲线关于经过其调制电压中心工作点、以一阶线性响应系数为斜率的线性工作直线为对称轴作对称操作，即可得到用于校正调频非线性响应的调制驱动电压曲线。将该经过调频非线性响应校正的调制驱动电压曲线数据输入波形发生器中生成调频校正调制电压信号用于驱动半导体激光器，从而输出的调频激光的频率变化趋近于理想线性。本发明还提供了一种使用上述方法制成的一种半导体激光器光源的非线性响应校正装置，提高了调频连续波测量应用中的测量精度。
其他摘要	本发明提供了一种半导体激光器光源线性调频时出现的非线性响应校正方法，先通过搭建的装置测出半导体激光器的调频一阶线性响应系数和二、三、四阶非线性响应系数，再将对应的非线性调制电压信号曲线关于经过其调制电压中心工作点、以一阶线性响应系数为斜率的线性工作直线为对称轴作对称操作，即可得到用于校正调频非线性响应的调制驱动电压曲线。将该经过调频非线性响应校正的调制驱动电压曲线数据输入波形发生器中生成调频校正调制电压信号用于驱动半导体激光器，从而输出的调频激光的频率变化趋近于理想线性。本发明还提供了一种使用上述方法制成的一种半导体激光器光源的非线性响应校正装置，提高了调频连续波测量应用中的测量精度。
主权项	一种半导体激光器光源的非线性响应校正方法，其特征在于包括以下步骤： 1）信号发生器产生锯齿波信号作为调制信号加载到驱动电路中，所述驱动电路通过恒流源驱动模块和所述信号发生器输入的调制信号产生调制电流驱动半导体激光器处于调频工作状态；取锯齿波上升沿时间段的中心点为时间轴的原点(t=0)，该时间点处对应于激光调频输出的中心工作频率f0，则激光输出的调频频率表达式为： f(t)=f0+kt+αt2+βt3+γt4 ① 其中，k为线性调频的斜率，B为调制深度，T为锯齿波调制周期；α为二阶调频非线性系数，β为三阶调频非线性系数，γ为四阶调频非线性系数；锯齿波上升沿阶的时间段对应于①式中-T/21(t)=f0+kt+αt2+βt3+γt4 ② 3）所述环形器的第一输出端口将所述发射信号传输到发射天线中；所述发射天线向被测物体所在空间发射所述发射信号，被测物体接收到所述发射信号后将会反射一部分光回信号到所述接收天线，所述回光信号传入到所述环形器的第二输入端口，并由所述环形器的第二输出端口输入到所述第二耦合器的第二输入端口；所述回光信号的频率为： f2(t)=f0+k(t-τ)+α(t-τ)2+β(t-τ)3+γ(t-τ)4 ③ 其中τ为延迟时间，R为被测物体与雷达间的距离，c为光波在空间传输的速度 4）所述第二耦合器将接收到的本振光信号和所述回光信号耦合成差频信号，并将所述差频信号通过所述第二耦合器的输出端输入到光电探测器中；由②式减去③式，可得差频信号的频率表达式为： fb=(kτ-ατ2+βτ3-γτ4)+(2ατ-3βτ2+4γτ3)t+(3βτ-6γτ2)t2+4γτt3 ④ 5）所述光电探测器将接收到的所述差频信号进行光电转换将光信号转为模拟电信号，并将所述模拟电信号输入到信号处理电路中进行放大、滤波、A/D转换和FPGA数据采集，将采集到的数据输入到计算机中进行处理； 6）当所述被测物体距离固定时，所述延迟时间τ也为固定；所述计算机将采集到的差频电信号数据均匀分段，记录各段中点所对应的时间，对每段进行傅里叶变换，在功率谱中最大幅度所对应的频率值即是每段的频率值，得到差频信号频率曲线，将所述差频信号频率曲线进行曲线拟合，通过计算得出调频非线性系数；所述曲线拟合的公式为： p(t)=c0+c1t+c2t2+c3t3 ⑤ 7）比较⑤与④式，令两个多项式对应的各阶系数相等建立方程组，即可得到所述光源调频特性的一阶线性系数和二、三、四阶非线性系数的计算式为： k = c 0 τ + c 1 2 + c 2 τ 6 α = c 1 2 τ + c 2 2 + c 3 τ 4 β = c 2 3 τ + c 3 2 γ = c 3 4 τ . ⑥ 8）所述计算机将上述⑥式求的所述调频线性系数和非线性系数依据所述半导体激光器的工作中心点和调制电压线性部分的变化范围，得到调制驱动电压的线性系数和非线性系数；所述半导体激光输出中心频率f0时，对应的信号发生器输出电压信号的中心电压为V0，驱动信号在-T/40+kVt+αVt2+βVt3+γVt4 ⑦ 其中，kV，αV，βV和γV分别为信号发生器输出电压的一阶线性系数和二、三、四阶非线性系数。线性系数kV的大小取决于所选用的激光器的驱动电路放大系数、跨阻、电流与激光输出频率关系等参数。实实践中可以预先设定好调制电压的线性变化部分的范围ΔV，则 k V = ΔV T ⑧ 这种情况下，调制电压非线性系数αV，βV和γV与调频非线性系数α，β和γ的关系式为： α V = k V k α β V = k V k β γ V = k V k γ ⑨ 9）在一个所述调制周期上升沿阶段内，取经过调频驱动电压中心点（t=0，V=V0）、以kV作为斜率的直线作为对称轴，做出所述调制驱动电压的非线性曲线关于所述对称轴对称的曲线，得到的对称曲线就是一个周期内导体激光器调频非线性响应校正的调制驱动电压曲线。 10）在波形发生器中设置产生周期性的所述半导体激光器调频非线性响应校正的调制驱动电压曲线，生成调频非线性响应校正的调制驱动电压信号并输入所述半导体激光器中。
申请日期	2014-03-20
专利号	CN103928835A
专利状态	授权
申请号	CN201410104877.5
公开（公告）号	CN103928835A
IPC 分类号	H01S3/102
专利代理人	张松亭
代理机构	厦门市首创君合专利事务所有限公司
文献类型	专利
条目标识符	http://ir.opt.ac.cn/handle/181661/65727
专题	半导体激光器专利数据库
作者单位	华侨大学
推荐引用方式 GB/T 7714	林志立,蒲继雄. 一种半导体激光器光源的非线性响应校正方法和装置. CN103928835A[P]. 2014-07-16.

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CN103928835A.PDF（735KB）	专利		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文