孔市委，任乾鈺，王 軍，賈平崗

(中北大學(xué) 電子測(cè)試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，太原 030051)

0 引言

隨著光纖傳感技術(shù)的迅速發(fā)展及其在各工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用[1-2]，光纖傳感在全球范圍內(nèi)得到了大量的關(guān)注，在工程應(yīng)用、學(xué)術(shù)研究等方面吸引著許多專家學(xué)者[3-4]。光纖光柵作為使用范圍最廣、使用頻率最高的一種光纖無(wú)源器件，具有抗干擾能力強(qiáng)、耐高溫、耐腐蝕、復(fù)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)振動(dòng)、應(yīng)變、溫度等物理量的測(cè)量，在光纖傳感領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用[5-6]。在光纖光柵的大量應(yīng)用中光信號(hào)作為被測(cè)物理量的載體，其解調(diào)系統(tǒng)對(duì)調(diào)諧范圍寬、穩(wěn)定性好的窄線寬可調(diào)諧激光器需求越來(lái)越多[7]?？烧{(diào)諧激光器作為光譜分析、波分復(fù)用和光柵解調(diào)的核心器件，越來(lái)越受到廣泛的關(guān)注[8]。當(dāng)前，可調(diào)諧激光器主要有分布反饋式激光器(DFB,distributed feedback laser)和分布布拉格反射式激光器(DBR,distribute bragg reflector)。DFB激光器主要利用溫度和電流對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)諧，如果僅利用電流進(jìn)行調(diào)諧,其波長(zhǎng)調(diào)諧范圍不足2 nm；若僅利用溫度進(jìn)行調(diào)諧，其調(diào)諧范圍大約有4 nm，但溫度調(diào)諧速度慢。DBR激光器內(nèi)部集成單個(gè)反射光柵，波長(zhǎng)調(diào)諧范圍大約為8 nm，若要調(diào)諧更大的范圍，需多支不同波長(zhǎng)范圍的激光器聯(lián)合工作。調(diào)制光柵Y分支(MG-Y,modulated grating Y-branch)激光器是DBR型可調(diào)諧激光器中的一種單片集成的半導(dǎo)體可調(diào)諧激光器，具有調(diào)諧范圍廣、波長(zhǎng)切換速度快、輸出功率高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，是光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的理想光源[9-10]。用可調(diào)諧激光器進(jìn)行光柵解調(diào)時(shí)，由激光器發(fā)出可調(diào)諧窄線寬激光，遇到光纖布拉格光柵(FBG,fiber bragg grating)后反射回的光信號(hào)由光電探測(cè)器接收并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)[11]，然后進(jìn)行解調(diào)。整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵在于對(duì)可調(diào)諧激光器輸出波長(zhǎng)的精確控制。

目前，市場(chǎng)上激光器的控制系統(tǒng)最多提供兩路電流，同時(shí)存在體積大、價(jià)格昂貴等問(wèn)題。而MG-Y激光器需要5路電流同時(shí)輸入才能正常工作。文中針對(duì)MG-Y激光器，設(shè)計(jì)了一種以現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA,field programmable gate array)為主控芯片的控制電路。該電路通過(guò)溫度控制芯片和MG-Y激光器內(nèi)部的半導(dǎo)體制冷器(TEC,thermo electric cooler)實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器進(jìn)行恒溫控制。通過(guò)改變電流源的輸出電流控制MG-Y激光器的輸出波長(zhǎng)，利用光譜分析儀標(biāo)定MG-Y激光器的輸出波長(zhǎng)，然后制作“波長(zhǎng)-電流”查詢表，實(shí)現(xiàn)了MG-Y激光器寬范圍、快速調(diào)諧，并對(duì)激光器的波長(zhǎng)調(diào)諧特性進(jìn)行了測(cè)試。

1 MG-Y可調(diào)諧激光器工作原理

MG-Y激光器是一種電子調(diào)諧器件，可以實(shí)現(xiàn)C波段波長(zhǎng)的調(diào)諧[12-13]，其結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示。該激光器主要包含左右光柵區(qū)、多模干涉耦合器(MMI)、相位區(qū)、增益區(qū)、半導(dǎo)體光放大器(SOA)[8]。MG-Y激光器的輸出波長(zhǎng)由左右光柵區(qū)反射譜和相位區(qū)諧振條件共同控制。通過(guò)改變MG-Y激光器左右光柵區(qū)和相位區(qū)的電流，引發(fā)半導(dǎo)體材料自由載流子濃度的發(fā)生變化，從而改變半導(dǎo)體材料的有效折射率[14]。其中左右光柵區(qū)的采樣周期存在一定的差異，產(chǎn)生兩個(gè)不同梳狀的反射譜，利用左右光柵反射率疊加產(chǎn)生的游標(biāo)效應(yīng)[15-16]，耦合疊加后返回特定波長(zhǎng)的反射峰，如圖1(b)所示。

圖1 MG-Y激光器

通過(guò)改變左右光柵區(qū)調(diào)諧電流的大小控制重合峰的位置，從而對(duì)激光器的輸出波長(zhǎng)進(jìn)行較寬范圍的調(diào)諧，僅僅通過(guò)左右光柵區(qū)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)整個(gè)C波段的調(diào)諧，再由相位區(qū)控制縱模移動(dòng)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)微調(diào)，從而得到不同波長(zhǎng)的輸出光。增益區(qū)和半導(dǎo)體光放大器主要控制激光器輸出的光功率，對(duì)激光器的調(diào)諧特性影響甚小。MMI是一種無(wú)源器件，不需要電流的輸入。

2 電路設(shè)計(jì)

為了保證激光器正常工作，需要對(duì)激光器進(jìn)行功率控制和波長(zhǎng)控制，同時(shí)由于激光器對(duì)溫度極其敏感，因此也需對(duì)激光器進(jìn)行溫度控制，使溫度對(duì)其輸出波長(zhǎng)的影響最小化。MG-Y激光器控制電路的設(shè)計(jì)原理如圖2所示，主要包括可調(diào)諧電流源控制電路、溫度控制電路等。選用Intel公司的Cyclone IV 系列FPGA芯片EP4CE10F17C8N作為核心控制器件。FPGA作為一種可編程的器件，內(nèi)部主要包含可編程邏輯塊、輸入輸出模塊和內(nèi)部互連資源等，具有引腳數(shù)目多、編程配置靈活、邏輯控制能力強(qiáng)、相較于ARM芯片功耗更低等優(yōu)點(diǎn)[17]。

圖2 MG-Y激光器控制電路示意圖

2.1 電流源控制電路

基于MG-Y激光器是一種電流驅(qū)動(dòng)型器件，選用了一款14位9通道電流輸出型數(shù)模轉(zhuǎn)換器MAX5113，輸出電流具有極高的穩(wěn)定性和精度(μA級(jí))，工作時(shí)鐘頻率最高為25 MHz。該芯片9個(gè)輸出通道中每一路都含有一個(gè)獨(dú)立電流源，并且將多個(gè)通道并聯(lián)可以輸出更大范圍的電流。FPGA通過(guò)SPI通訊方式驅(qū)動(dòng)MAX5113芯片，該芯片內(nèi)部的寄存器分為模式配置寄存器和輸出配置寄存器。地址01h-09h對(duì)應(yīng)著9個(gè)通道的模式配置寄存器，向模式寄存器中寫入相應(yīng)的指令便可控制各通道的工作模式。同時(shí)各通道均有一個(gè)獨(dú)立的輸出配置寄存器，它們對(duì)應(yīng)的地址為11h-19h,控制各通道輸出電流的大小。MAX5113各通道輸出電流的大小與其對(duì)應(yīng)的輸出配置寄存器內(nèi)寫入數(shù)據(jù)的大小呈線性關(guān)系，其關(guān)系見式(1)：

I=IMAX×N/214

(1)

其中:IMAX各通道滿量程輸出電流，N為輸出配置寄存器內(nèi)寫入數(shù)據(jù)的大小。

根據(jù)表1中MG-Y激光器的各路電流的需求和該芯片各通道輸出電流的范圍，選擇通道1、通道5、通道6、通道8和通道95個(gè)通道驅(qū)動(dòng)激光器，它們最大分別輸出10 mA、180 mA、300 mA、35 mA和35 mA的電流，同時(shí)將其余通道的輸出配置寄存器置零。

表1 激光器參數(shù)要求和MAX5113引腳配置

圖3 ADN8834外圍電路示意圖

2.2 溫控電路

由于電流的輸入，在激光器工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生自熱現(xiàn)象，導(dǎo)致激光器內(nèi)部管芯溫度發(fā)生變化。激光器管芯工作溫度的變化會(huì)直接影響激光器輸出波長(zhǎng)和輸出光功率的穩(wěn)定性。較小的溫度上升，會(huì)造成激光器輸出光功率下降，同時(shí)導(dǎo)致輸出波長(zhǎng)發(fā)生漂移。工作溫度過(guò)高或者長(zhǎng)期工作在較高溫度下會(huì)造成激光器永久性損壞，所以需要為激光器提供一個(gè)安全的工作溫度[18]。MG-Y激光器內(nèi)部集成了半導(dǎo)體制冷器TEC和負(fù)溫度系數(shù)(NTC,negative temperature coefficient)熱敏電阻。熱敏電阻用來(lái)檢測(cè)激光器管芯的工作溫度；TEC用來(lái)維持激光器的管芯工作在恒定的溫度下，以最小化溫度對(duì)激光器輸出產(chǎn)生的影響。

TEC是利用半導(dǎo)體材料的珀?duì)柼?yīng)制成的一種能夠進(jìn)行加熱和制冷的器件，有冷端和熱端兩個(gè)工作面。當(dāng)直流電流在兩個(gè)端面導(dǎo)通時(shí)，其一端面加熱，另一端面制冷。當(dāng)直流電流的方向改變時(shí)，加熱和制冷面也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，所以加熱或制冷以及加熱或制冷的速率取決于流過(guò)TEC電流的大小和方向[19]。

如果使用分立的電路實(shí)現(xiàn)溫度的采樣放大以及TEC驅(qū)動(dòng)，會(huì)造成電路調(diào)試?yán)щy，引入更多的噪聲等問(wèn)題。現(xiàn)在針對(duì)半導(dǎo)體制冷器TEC的控制已經(jīng)集成了專用的溫度控制芯片，文中電路設(shè)計(jì)采用的是ADI公司的ADN8834溫度控制芯片，其主要集成了溫度檢測(cè)電路，誤差放大器、補(bǔ)償放大器、TEC限壓限流電路等，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精確性以及對(duì)溫度的控制效果。該芯片采用脈沖寬度調(diào)制(PWM,pulse width modulation)驅(qū)動(dòng)和線性驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的驅(qū)動(dòng)方式，減少輸出電流的紋波，精簡(jiǎn)外圍電路，同時(shí)還提高了效率。該芯片通過(guò)控制TEC輸入電流的大小和方向來(lái)控制TEC的加熱和制冷。通過(guò)調(diào)整ILIM引腳的分壓電阻來(lái)限制流過(guò)TEC最大正、反向電流的大小，以起到保護(hù)TEC的作用。在TEC兩端電壓限制中，通過(guò)調(diào)節(jié)VLIM引腳上分壓電阻的大小，來(lái)控制TEC兩端的最大電壓。通過(guò)對(duì)最大工作電壓、電流的調(diào)整，以保證MG-Y激光器在安全狀態(tài)下，輸出穩(wěn)定的波長(zhǎng)和功率。

溫度控制芯片ADN8834的外圍電路如圖3所示，其中VREF引腳輸出2.5 V、精度為1%的參考電壓。根據(jù)激光器內(nèi)部TEC的參數(shù)要求ITEC的最大值為0.85 A和VTEC的最大值為2.8 V，依照公式(2)(其中IS= 10 μA,IS_V= 40 μA)可計(jì)算出R2、R3、R4、R5分別為7.86 kΩ、10 kΩ、69.4 kΩ、32.9 kΩ。

(2)

通過(guò)設(shè)定IN2P引腳的電壓值來(lái)設(shè)定激光器管芯的工作溫度。激光器內(nèi)部的熱敏電阻串入分壓電路，熱敏電阻將檢測(cè)到的激光器管芯溫度轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的電壓值，并與IN1P引腳上設(shè)置的電壓VREF/2共同輸入誤差放大電路，由OUT1引腳輸出一個(gè)與兩者之差成比例的偏差信號(hào)。OUT1、IN2P和OUT2共同接入由ADN8834芯片內(nèi)部的運(yùn)算放大器與外圍電容電阻構(gòu)成的模擬比例積分微分(PID)控制電路。熱敏電阻的阻值實(shí)時(shí)反饋、PID補(bǔ)償電路、ADN8834內(nèi)部的脈沖寬度調(diào)制器與激光器內(nèi)部的半導(dǎo)體制冷器TEC形成對(duì)溫度的閉環(huán)控制，使MG-Y激光器工作溫度與設(shè)定溫度到達(dá)一致。

PID網(wǎng)絡(luò)是對(duì)激光器管芯進(jìn)行溫度控制的關(guān)鍵，直接影響整個(gè)溫控電路的響應(yīng)時(shí)間和控制精度。其數(shù)學(xué)模型為：

其中:Kp為比例系數(shù)，Ti為積分系數(shù)，Td為微分系數(shù)。Kp=R11/R8，Ti=R8×C2，Td與R11×C1有關(guān)。比例網(wǎng)絡(luò)主要控制系統(tǒng)的當(dāng)前偏差。若系統(tǒng)出現(xiàn)偏差信號(hào)e(t)，比例網(wǎng)絡(luò)立即發(fā)出信號(hào)，按一定比例調(diào)整偏差信號(hào)，使被控對(duì)象向偏差減小的方向變化。比例系數(shù)Kp的大小影響著控制能力的強(qiáng)弱。增大比例系數(shù)Kp會(huì)增加系統(tǒng)的靈敏度，但是比例系數(shù)過(guò)大會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。積分網(wǎng)絡(luò)具有記憶功能，其對(duì)偏差信號(hào)的控制需要時(shí)間的積累才會(huì)起作用，主要用于消除系統(tǒng)的累積偏差。由于需要時(shí)間的積累，所以積分網(wǎng)絡(luò)將影響整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度。積分系數(shù)Ti過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)消除偏差較慢，使系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)間加長(zhǎng)。同時(shí)積分網(wǎng)絡(luò)的引入，會(huì)產(chǎn)生90°相位滯后，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成一定的影響。微分網(wǎng)絡(luò)用于預(yù)測(cè)系統(tǒng)偏差的變化趨勢(shì)，在偏差信號(hào)變大之前，給系統(tǒng)引入一個(gè)修正信號(hào)，加快系統(tǒng)的反應(yīng)速度，縮小調(diào)節(jié)時(shí)間。微分系數(shù)Td適當(dāng)?shù)脑龃髸?huì)縮短系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。若微分系數(shù)Td過(guò)大，反而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。微分網(wǎng)絡(luò)的引入會(huì)產(chǎn)生一個(gè)超前的90°相移，減小系統(tǒng)相位的滯后，提高穩(wěn)定性。如果系統(tǒng)振蕩，可適當(dāng)?shù)販p小比例系數(shù)，再微調(diào)積分和微分系數(shù)，提高溫度控制的效率和 精度。

由于熱敏電阻和溫度并不是呈線性關(guān)系，在一定的溫度范圍內(nèi)，通常將熱敏電阻和電阻RX串聯(lián)在一起，提高熱敏電阻和溫度的線性度。文中所使用的MG-Y激光器內(nèi)部集成的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻在25 ℃的溫度下阻值為10 kΩ，熱敏電阻材料系數(shù)β=3 930 K。熱敏電阻NTC的阻值與溫度的關(guān)系由公式(3)給出。根據(jù)TR=25 ℃，RNTC=10 kΩ，便可計(jì)算出熱敏電阻NTC在溫度T時(shí)的阻值RT，其中T和TR為開氏溫度。

(3)

設(shè)計(jì)中預(yù)使線性溫度區(qū)間在23～27 ℃，根據(jù)公式(3)可計(jì)算出熱敏電阻NTC在23 ℃、25 ℃、27 ℃時(shí)的阻值和RX的阻值分別為RL=10.93 kΩ、RM=10 kΩ、RH=9.16 kΩ、RX=7.36 kΩ。

為了保證MG-Y激光器的輸出波長(zhǎng)能夠按照一定間隔連續(xù)輸出，制作“波長(zhǎng)-電流”查詢表是必不可少的。預(yù)對(duì)激光器的波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)諧控制，先要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)測(cè)試、處理和標(biāo)定。通過(guò)控制調(diào)諧區(qū)電流的大小，用光譜分析儀標(biāo)定激光器的輸出波長(zhǎng)，獲得波長(zhǎng)和各電流工作點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，制作“波長(zhǎng)-電流”查詢表。通過(guò)此查詢表得到激光器調(diào)諧區(qū)電流的工作點(diǎn)，從而控制激光器輸出期望的波長(zhǎng)。光譜分析儀選用橫河AQ6374光譜分析儀，其是一款動(dòng)態(tài)范圍大、分辨率高的臺(tái)式光譜分析儀，能精準(zhǔn)測(cè)量激光器光譜，波長(zhǎng)范圍在350～1 750 nm之間，采樣分辨率可達(dá)2 pm，可以分析諸如半導(dǎo)體激光器和光纖激光器等光學(xué)器件的波長(zhǎng)成分。

MG-Y激光器存在同一輸出波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)著不同調(diào)諧區(qū)電流組合的情況。為了使激光器工作穩(wěn)定，需要對(duì)初次得到的“波長(zhǎng)-電流”查詢表中的波長(zhǎng)進(jìn)行篩選，我們選擇遠(yuǎn)離波長(zhǎng)容易發(fā)生跳變的電流工作點(diǎn)，同時(shí)刪除邊模抑制比小于30 dBm的電流工作點(diǎn)。對(duì)于不同的電流組合對(duì)應(yīng)的同一波長(zhǎng)點(diǎn)，選擇邊模抑制比較大的電流組合作為調(diào)諧區(qū)的電流工作點(diǎn)。最后將得到的波長(zhǎng)和電流對(duì)應(yīng)關(guān)系表按照波長(zhǎng)進(jìn)行排序，建立最終的“波長(zhǎng)-電流”查詢表。將“波長(zhǎng)-電流”查詢表燒寫在FPGA的RAM中，F(xiàn)PGA按照地址讀取RAM中的數(shù)據(jù)，然后寫進(jìn)MAX5113芯片對(duì)應(yīng)的寄存器中，MAX5113輸出相對(duì)應(yīng)的電流,從而控制激光器輸出預(yù)期波長(zhǎng)。

3 性能測(cè)試

3.1 電流源控制電路試驗(yàn)測(cè)試

對(duì)電流源芯片MAX5113各通道輸出電流進(jìn)行測(cè)試，各通道輸出配置寄存器中的數(shù)據(jù)以500的間隔增加，利用6位半的高精度數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量各通道的輸出電流，并將實(shí)測(cè)電流和理論電流相比較，OP1和 OP9的比較結(jié)果如圖4所示。

圖4 MAX5113輸出電流測(cè)試測(cè)試

為了提高輸出電流的準(zhǔn)確性，同時(shí)通道1控制激光器波長(zhǎng)的微調(diào)，以通道1為例，利用最小二乘法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一次擬合:

i=0.999I-0.0653

擬合后誤差的平方和為0.007 8，選取10組電流與修正后的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，修正后輸出電流誤差在3 μA以內(nèi)，滿足2 pm波長(zhǎng)調(diào)諧的要求。

3.2 激光器性能測(cè)試

為了驗(yàn)證MG-Y激光器輸出波長(zhǎng)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，利用光譜分析儀對(duì)其波長(zhǎng)穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試。在1 527～1 567 nm范圍內(nèi)選取5個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)(1 530.282 nm、1 536.652 nm、1 544.408 nm、1 549.992 nm、1 561.410 nm)進(jìn)行測(cè)試。選取某一波長(zhǎng)后，每隔2 min采集一次波長(zhǎng)，測(cè)試結(jié)果如圖5所示。測(cè)試中MG-Y激光器在20 min內(nèi)，波長(zhǎng)最多漂移2 pm，甚至穩(wěn)定在同一波長(zhǎng)。表明電流源能夠輸出穩(wěn)定的電流以及溫控電路能對(duì)激光器管芯溫度進(jìn)行精確地控制。

圖5 波長(zhǎng)穩(wěn)定性測(cè)試

為了測(cè)試MG-Y激光器調(diào)諧范圍廣，適用于光纖光柵解調(diào)的特點(diǎn)。根據(jù)光纖布拉格光柵的工作原理：當(dāng)光源發(fā)出的寬帶光經(jīng)過(guò)光纖光柵時(shí)，在光柵處滿足光纖光柵布拉格條件的波長(zhǎng)將發(fā)生反射，反射回一段波長(zhǎng)范圍的窄帶光，其余波長(zhǎng)的光將會(huì)發(fā)生透射。當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，光纖光柵的中心波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生漂移，可以根據(jù)漂移量的大小來(lái)測(cè)量外界物理量的變化。搭建如圖6(a)所示的測(cè)試系統(tǒng)，MG-Y激光器發(fā)射的光束通過(guò)1×2耦合器遇到光柵時(shí)會(huì)反射回一小段窄帶光，光電探測(cè)器接收到反射回的窄帶光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，輸出的電信號(hào)由示波器顯示。光電探測(cè)器選用New Fcous公司生產(chǎn)的可調(diào)光電探測(cè)器Model 2053，其帶寬為10 MHz，能接收900～1 700 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光。

選用一個(gè)中心波長(zhǎng)在1 550 nm附近的光纖光柵進(jìn)行測(cè)試，用美國(guó)微光光學(xué)(MOI)公司生產(chǎn)的SM125光纖光柵解調(diào)儀測(cè)試其光譜，SM125光纖光柵解調(diào)儀的波長(zhǎng)掃描范圍為1 510～1 590 nm，其掃描間隔為5 pm，采集其1 527～1 567 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。利用示波器采集MG-Y激光器掃描一個(gè)周期光纖光柵反射光譜的數(shù)據(jù)。將其和SM125光纖光柵解調(diào)儀采集的數(shù)據(jù)繪制成曲線，見圖6(b)所示。從圖6(b)可以看出圖6(a)系統(tǒng)所測(cè)結(jié)果與SM125光纖光柵解調(diào)儀測(cè)得的光纖光柵中心波長(zhǎng)幾乎一致。

用加熱臺(tái)給光纖光柵提供不同的外界溫度，由于熱膨脹和熱光效應(yīng)，光纖光柵的中心波長(zhǎng)會(huì)隨溫度的變化而改變，這也是光纖光柵可以對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量的關(guān)鍵。光纖光柵中心波長(zhǎng)的改變導(dǎo)致其反射譜發(fā)生一定的漂移，利用示波器對(duì)不同溫度下光纖光柵的反射譜進(jìn)行采集，并把光柵的中心波長(zhǎng)與溫度的關(guān)系進(jìn)行擬合，見圖6(c)所示。結(jié)果表明當(dāng)溫度升高時(shí)，光纖光柵的中心波長(zhǎng)會(huì)向波長(zhǎng)增大的方向漂移。

圖6 測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

在明確MG-Y激光器的調(diào)諧特性后，確定了激光器控制系統(tǒng)的整體方案。設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的MG-Y激光器控制電路，實(shí)現(xiàn)了激光器在1 527～1 567 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的波長(zhǎng)輸出。利用溫度控制芯片ADN8834對(duì)激光器的管芯進(jìn)行溫度控制，通過(guò)FPGA控制高分辨率的電流輸出型數(shù)模轉(zhuǎn)換器MAX5113，實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧激光器波長(zhǎng)穩(wěn)定輸出，并對(duì)輸出波長(zhǎng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了測(cè)試。根據(jù)MG-Y型激光器的調(diào)諧原理，制作了激光器的“波長(zhǎng)-電流”查詢表，F(xiàn)PGA通過(guò)調(diào)用此查詢表，快速實(shí)現(xiàn)對(duì)MG-Y激光器波長(zhǎng)的精確控制，并以20pm的間隔連續(xù)線性掃描。若要獲得更小的掃描間隔，可以通過(guò)對(duì)相位區(qū)插值的方式獲得。同時(shí)使用單芯片完成5路電流的輸出，大大節(jié)省了電路板的面積以及整個(gè)系統(tǒng)的功耗，更有利于小型化。根據(jù)光纖光柵的傳感原理，搭建光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，對(duì)利用可調(diào)諧激光器解調(diào)光纖光柵中心波長(zhǎng)的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。