專利名稱：一種多窄脈沖激光光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及光纖測溫技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及光纖測溫技術(shù)領(lǐng)域中的窄脈沖激光光源技術(shù)。
背景技術(shù)：
分布式光纖測溫系統(tǒng)(以下稱DTS系統(tǒng))是一種基于OTDR和拉曼散射原理研制而成的溫度測量系統(tǒng)，其溫度傳感器是光纖。DTS系統(tǒng)組成一般包括大功率脈沖激光光源、 光纖波分復(fù)用耦合器、傳感光纜、光電探測器、信號放大模塊、數(shù)據(jù)采集模塊及系統(tǒng)主機(jī)(PC機(jī)或工控機(jī))。DTS系統(tǒng)經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，目前中短距離(指的是可測量距離的長度)的系統(tǒng)已很成熟而且已經(jīng)大量上市。但是長距離的系統(tǒng)，例如可測量12km到25km的系統(tǒng)尚處于研發(fā)階段，目前，市面上也有一些可測量長距離的DTS系統(tǒng)，但其成本高昂，限制了該系統(tǒng)的普及。實驗表明，大功率激光在光纖中傳輸時，當(dāng)功率高于某個閾值時，在大約十幾公里處容易產(chǎn)生自發(fā)輻射；而對于DTS，自發(fā)輻射達(dá)到一定程度時，系統(tǒng)產(chǎn)生非線性，這時系統(tǒng)就無法解調(diào)出溫度信息。而如果降低光源功率，可以消除非線性，但根據(jù)ODTR原理，由于光在光纜中的傳輸損耗，距離增加了，光纜末端處的拉曼散射光功率將變得更低，同時從尾端處傳輸回來的光路程更長，損耗也更大，這導(dǎo)致了散射光回到光電探測器時光功率變得非常弱，不易探測。所以這就產(chǎn)生了光源功率增加一測量距離增加，但產(chǎn)生非線性，系統(tǒng)無法解調(diào)出溫度信息與光源功率降低一消除非線性，但測量距離變短的矛盾。因此，目前中短距離的DTS系統(tǒng)，不能簡單地增加其光源的功率達(dá)到測量距離的增加。目前在DTS系統(tǒng)中，作為核心部件的大功率脈沖激光光源一般是窄脈沖激光光源。傳統(tǒng)的窄脈沖激光光源是單窄脈沖激光光源，其脈沖驅(qū)動電路相對簡單，只能產(chǎn)生周期性的單脈沖驅(qū)動信號，因而這種窄脈沖激光光源只能產(chǎn)生具有一定重復(fù)頻率的一定脈沖寬度的脈沖激光。但是，基于這種單窄脈沖激光光源的DTS系統(tǒng)，只能滿足中短距離的測量要求，無法滿足長距離的測量應(yīng)用。

實用新型內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型提供一種多窄脈沖激光光源，基于這種多窄脈沖激光光源的DTS系統(tǒng)，可以解決測溫時功率增加與非線性的矛盾，達(dá)到長距離測量的目的。為了達(dá)到上述目的，本實用新型采用一種多窄脈沖激光光源，包括多窄脈沖信號發(fā)生器、電源系統(tǒng)、雪崩三極管、激光二極管、可調(diào)電位器，其特征在于電源系統(tǒng)的一個輸出端連接多窄脈沖信號發(fā)生器的輸入端，電源系統(tǒng)的另一個輸出端連接激光二極管的輸入端(正極)；激光二極管的輸出端(負(fù)極)連接雪崩三極管的一個輸入端C極，雪崩三極管的另一個輸入端B極連接多窄脈沖信號發(fā)生器的輸出端，雪崩三極管的輸出端E極連接可調(diào)電位器。[0007]進(jìn)一步的，所述多窄脈沖信號發(fā)生器包括FPGA、至少一個延時線器件、多個PWM發(fā)生器、多路高速或邏輯塊及線驅(qū)動器件，所述FPGA的第一個輸出端連接第一個PWM發(fā)生器的輸入端，F(xiàn)PGA的其他輸出端分別連接延時線器件的輸入端，延時線器件的輸出端分別連接除第一個PWM發(fā)生器之外的其他PWM發(fā)生器的輸入端，每個PWM發(fā)生器的輸出端分別一一對應(yīng)連接多路高速或邏輯塊的輸入端，多路高速或邏輯塊的輸出端連接線驅(qū)動器件。所述一種多窄脈沖激光光源各個部分功能如下所述電源系統(tǒng)給多窄脈沖信號發(fā)生器和激光二極管供電；所述激光二極管用來產(chǎn)生激光；所述雪崩三極管用來驅(qū)動激光二極管；所述可調(diào)電位器用來調(diào)節(jié)流過激光二極管的電流從而調(diào)節(jié)激光二極管輸出激光的功率；所述多窄脈沖信號發(fā)生器用來產(chǎn)生多窄脈沖信號，此多窄脈沖信號通過雪崩三極管來驅(qū)動激光二極管從而產(chǎn)生多窄脈沖激光。所述多窄脈沖信號發(fā)生器，其內(nèi)部各個部分功能如下所述FPGA經(jīng)通信接口與上位機(jī)連接，其功能是產(chǎn)生多路具有相同重復(fù)頻率的觸發(fā)信號，觸發(fā)信號的重復(fù)頻率可由上位機(jī)軟件通過FPGA的通信接口設(shè)置。所述通信接口采用RS232接口。所述延時線器件，其功能是對輸入的觸發(fā)信號進(jìn)行延時，即輸入到延時線器件的觸發(fā)信號經(jīng)延時線器件輸出后，輸出信號比輸入信號延時了一定的時間。所述延時線器件對輸出信號的延時時間可由上位機(jī)軟件通過FPGA的通信接口設(shè)置。進(jìn)一步地，各路觸發(fā)信號經(jīng)過延時線器件后的延時時間設(shè)置不同，延時時間的單位一般以最終系統(tǒng)輸出的窄脈沖寬度為單位。進(jìn)一步地，所述延時線器件為DS1021S。所述PWM發(fā)生器，其功能是當(dāng)有觸發(fā)信號(一般是上升沿信號，脈寬不限)輸入時，該器件產(chǎn)生一個窄脈沖信號，該窄脈沖信號的頻率與觸發(fā)信號的頻率相同，且脈沖寬度可由上位機(jī)軟件通過FPGA的通信接口設(shè)置，因此脈沖寬度是可調(diào)的。進(jìn)一步地，所述PWM發(fā)生器為DS1023S，該器件能產(chǎn)生的窄脈沖信號的脈寬最小可達(dá)5ns，屬于超窄脈沖類型；而該器件最小可調(diào)的步進(jìn)是0. 25ns。所述多路高速或邏輯塊，其功能是對輸入的多路信號做或運(yùn)算(一種邏輯運(yùn)算)，其輸出就是多路輸入信號的或運(yùn)算輸出。進(jìn)一步地，所述多路高速或邏輯塊，采用基本2輸入高速或門通過級聯(lián)方式實現(xiàn)。所述線驅(qū)動器件5，其功能是對輸入驅(qū)動能力比較弱的脈沖信號，增強(qiáng)其驅(qū)動能力后輸出，同時改善信號的上升沿，從而獲得更完美的脈沖信號。所述一種多窄脈沖激光光源，通過如下步驟來實現(xiàn)第一步FPGA產(chǎn)生多路具有相同頻率的觸發(fā)信號，第一路觸發(fā)信號直接由FPGA輸入PWM發(fā)生器并輸出第一路沒有延時的窄脈沖信號，其余各路觸發(fā)信號分別輸入與之對應(yīng)的延時線器件，由延時線器件分別延時不同的時間后輸出；第二步延時時間各不相同的各路觸發(fā)信號分別輸入PWM發(fā)生器，經(jīng)PWM發(fā)生器輸出后變?yōu)檠訒r時間各不相同的窄脈沖信號；第三步所述第一路沒有延時的窄脈沖信號與第二路延時的窄脈沖信號分別輸入多路高速或邏輯塊的兩個輸入端進(jìn)行或運(yùn)算；第三路延時的窄脈沖信號與第四路延時的窄脈沖信號分別輸入多路高速或邏輯塊的兩個輸入端進(jìn)行或運(yùn)算；以此類推，將每兩路或運(yùn)算的結(jié)果再按上述方法繼續(xù)進(jìn)行或運(yùn)算，直至最終只有一路信號輸出，即輸出一路具有多個窄脈沖的多窄脈沖信號；第四步上述多窄脈沖信號輸入線驅(qū)動器件，然后輸出一個驅(qū)動能力增強(qiáng)、上升沿改善的更完美的多窄脈沖信號，此信號即多窄脈沖信號發(fā)生器最終輸出的多窄脈沖信號。第五步所述多窄脈沖信號發(fā)生器輸出的多窄脈沖信號輸入到雪崩三極管的B極，使得雪崩三極管工作，即有脈沖時導(dǎo)通，無脈沖時截止。第六步激光二極管工作，即有脈沖時發(fā)射激光，無脈沖時不發(fā)射激光，輸出具有與所述多窄脈沖信號相同的重復(fù)頻率和脈寬的多窄脈沖激光。第七步，調(diào)節(jié)與雪崩三極管E極相連的可調(diào)電位器的阻值來調(diào)節(jié)激光二極管輸出 的多窄脈沖激光的峰值功率。本實用新型的有益效果在于采用多窄脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生的多窄脈沖信號來控制雪崩三極管導(dǎo)通和截止，使被雪崩三極管驅(qū)動的激光二極管產(chǎn)生與多窄脈沖信號具有相同重復(fù)頻率和脈寬的多窄脈沖激光；基于多窄脈沖激光光源的DTS系統(tǒng)，可解決DTS系統(tǒng)測溫時功率增加與非線性的矛盾，達(dá)到長距離測量的目的。
圖I為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型多窄脈沖信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型實例I的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型實施例I的窄脈沖時序圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實用新型的具體實施方式
。如圖I和圖2所示一種多窄脈沖激光光源，包括多窄脈沖信號發(fā)生器I、電源系統(tǒng)2、雪崩三極管3、激光二極管4、可調(diào)電位器5，所述電源系統(tǒng)2的一個輸出端連接多窄脈沖信號發(fā)生器I的輸入端，電源系統(tǒng)2的另一個輸出端連接激光二極管4的輸入端(正極)；激光二極管4的輸出端(負(fù)極)連接雪崩三極管3的一個輸入端C極，雪崩三極管3的另一個輸入端B極連接多窄脈沖信號發(fā)生器I的輸出端，雪崩三極管3的輸出端E極連接可調(diào)電位器5。進(jìn)一步的，所述多窄脈沖信號發(fā)生器I包括FPGA11、至少一個延時線器件12、多個PWM發(fā)生器13、多路高速或邏輯塊14及線驅(qū)動器件15，所述FPGAll的第一個輸出端連接第一個PWM發(fā)生器13的輸入端，F(xiàn)PGAll的其他輸出端分別連接延時線器件12的輸入端，延時線器件12的輸出端分別連接除第一個PWM發(fā)生器13之外的其他PWM發(fā)生器13的輸入端，每個PWM發(fā)生器13的輸出端分別一一對應(yīng)連接多路高速或邏輯塊14的輸入端，多路高速或邏輯塊14的輸出端連接線驅(qū)動器件15。所述一種多窄脈沖激光光源各個部分功能如下所述電源系統(tǒng)2給多窄脈沖信號發(fā)生器I和激光二極管4供電；所述激光二極管4用來產(chǎn)生激光；所述雪崩三極管3用來驅(qū)動激光二極管4 ;所述的可調(diào)電位器5用來調(diào)節(jié)流過激光二極管4的電流從而調(diào)節(jié)激光二極管4輸出激光的功率。所述多窄脈沖信號發(fā)生器I用來產(chǎn)生多窄脈沖信號，此脈多窄沖信號通過雪崩三極管3來驅(qū)動激光二極管4而產(chǎn)生多窄脈沖激光。所述多窄脈沖信號發(fā)生器1，其內(nèi)部各個部分功能如下所述FPGAlI經(jīng)通信接口與上位機(jī)連接，同時產(chǎn)生N路(N彡2)具有相同重復(fù)頻率的觸發(fā)信號，觸發(fā)信號的重復(fù)頻率可由上位機(jī)軟件通過FPGAll的通信接口設(shè)置；所述通信接口采用RS232接口。所述延時線器件12，其功能是對輸入的觸發(fā)信號進(jìn)行延時，延時時間由上位機(jī)軟件通過FPGA的通信接口設(shè)置；進(jìn)一步地，各路觸發(fā)信號經(jīng)過延時線器件12后的延時時間設(shè)置不同，延時時間的單位一般以最終系統(tǒng)輸出的窄脈沖寬度為單位；例如系統(tǒng)輸出窄脈沖寬度是5ns，那么延時時間可設(shè)置為5ns的倍數(shù),如5ns, 10ns, 15ns等。進(jìn)一步地，所述延時線器件12為DS1021S。所述PWM發(fā)生器13，其功能是當(dāng)有觸發(fā)信號(一般是上升沿信號，脈寬不限)輸入時，該器件產(chǎn)生一個窄脈沖信號，該窄脈沖信號的頻率與觸發(fā)信號的頻率相同，且脈沖寬度可由上位機(jī)軟件通過FPGAll的通信接口設(shè)置，因此脈沖寬度是可調(diào)的。進(jìn)一步地，所述PWM發(fā)生器13為DS1023S，該器件能產(chǎn)生的窄脈沖信號的脈寬最小可達(dá)5ns，屬于窄脈沖類型；該器件最小可調(diào)的步進(jìn)是0. 25ns。所述多路高速或邏輯塊14，其功能是對輸入的多路信號做或運(yùn)算(一種邏輯運(yùn)算)，其輸出就是多路輸入信號的或運(yùn)算輸出。進(jìn)一步地，所述多路高速或邏輯塊14，采用基本2輸入高速或門通過級聯(lián)方式實現(xiàn)。所述線驅(qū)動器件15，其功能是對輸入驅(qū)動能力比較弱的脈沖信號，增強(qiáng)其驅(qū)動能力后輸出，同時改善信號的上升沿，從而獲得更完美的脈沖信號。所述一種多窄脈沖激光光源，通過如下方法實現(xiàn)第一步FPGA11產(chǎn)生N路(N彡2)具有相同頻率的觸發(fā)信號，第一路觸發(fā)信號Sll直接由FPGAll輸入PWM發(fā)生器13并輸出第一路沒有延時的窄脈沖信號S13，其余各路觸發(fā)
信號S21、S31......SNl分別輸入各延時線器件12，由延時線器件12分別延時不同的時間
后輸出延時信號S22、S32......SN2 ；第二步延時時間各不相同的各路延時信號S22、S32......SN2分別輸入PWM發(fā)生
器13，經(jīng)PWM發(fā)生器13輸出后變?yōu)檠訒r時間各不相同的窄脈沖信號S23、S33......SN3 ；第三步所述第一路沒有延時的窄脈沖信號S13與第二路延時的窄脈沖信號S23分別輸入多路高速或邏輯塊14的兩個輸入端進(jìn)行或運(yùn)算；第三路延時的窄脈沖信號S33與第四路延時的窄脈沖信號S43分別輸入多路高速或邏輯塊14的兩個輸入端進(jìn)行或運(yùn)算；以此類推，將每兩路或運(yùn)算的結(jié)果再按上述方法繼續(xù)進(jìn)行或運(yùn)算，直至最終只有一路信號輸出，即輸出一路具有多個窄脈沖的多窄脈沖信號So ；第四步上述多窄脈沖信號So輸入線驅(qū)動器件15，輸出一路驅(qū)動能力增強(qiáng)、上升沿改善的更完美的多窄脈沖信號。此信號即多窄脈沖信號發(fā)生器最終輸出的信號。第五步所述多窄脈沖信號發(fā)生器I輸出的多窄脈沖信號輸入到雪崩三極管3的B極，使得雪崩三極管3工作，即有脈沖時導(dǎo)通，無脈沖時截止。[0058]第六步激光二極管4工作，即有脈沖時發(fā)射激光，無脈沖時不發(fā)射激光，輸出具有與所述多窄脈沖信號相同的重復(fù)頻率和脈寬的多窄脈沖激光。第七步，調(diào)節(jié)與雪崩三極管3的E極相連的可調(diào)電位器5的阻值來調(diào)節(jié)激光二極管4輸出的多窄脈沖激光的峰值功率。實施例I :如圖I、圖3和圖4所示取N = 4，F(xiàn)PGAlI的第一個輸出端連接第一個PWM發(fā)生器13的輸入端，F(xiàn)PGAlI的其他 輸出端分別連接三個延時線器件12的輸入端，三個延時線器件12的輸出端分別連接第二、三、四個PWM發(fā)生器13的輸入端，四個PWM發(fā)生器13的輸出端分別一一對應(yīng)連接多路高速或邏輯塊14的四個輸入端，多路高速或邏輯塊14的輸出端連接線驅(qū)動器件15。如圖3、圖4所不假設(shè)多窄脈沖信號發(fā)生器I輸出的多窄脈沖信號So的一個窄脈沖的寬度為T，PWM發(fā)生器13的型號為DS1023S，F(xiàn)PGAll輸出四路觸發(fā)信號分別為S11、S21、S31、S41，第一路觸發(fā)信號Sll沒有延時，第二路觸發(fā)信號S21延時2T輸出后為S22，第三路觸發(fā)信號S31延時4T輸出后為S32，第四路觸發(fā)信號延時6T輸出后為S42 ;S11、S22、S32、S42經(jīng)PWM發(fā)生器13后分別輸出四路窄脈沖信號S13、S23、S33、S43，其中S13與S23做或運(yùn)算，S33與S43做或運(yùn)算，然后再將兩路或運(yùn)算的結(jié)果再做或運(yùn)算，最終輸出一路有四個窄脈沖的信號So。So輸入線驅(qū)動器件15，最后輸出一個驅(qū)動能力增強(qiáng)、上升沿改善的更完美的有四個窄脈沖的信號。此具有四個窄脈沖的信號輸入到雪崩三極管3的B極，使得雪崩三極管3工作，即有脈沖時導(dǎo)通，無脈沖時截止；從而使得激光二極管4工作，輸出具有四個窄脈沖的超窄脈沖激光信號；該超窄脈沖激光的脈沖寬度和重復(fù)頻率及占空比與四個窄脈沖信號So相同。調(diào)節(jié)與雪崩三極管3的E極相連的可調(diào)電位器5的阻值可以調(diào)節(jié)激光二極管4輸出的具有四個超窄脈沖激光的峰值功率。以上顯示和描述的是本實用新型的基本原理、主要特征及本實用新型的優(yōu)點(diǎn)，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解本實用新型不受上述限制，上述說明書中描述的只是本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下本實用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入由本實用新型所附的權(quán)利要求書及其等效物界定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種多窄脈沖激光光源，包括多窄脈沖信號發(fā)生器、電源系統(tǒng)、雪崩三極管、激光二極管、可調(diào)電位器，其特征在于電源系統(tǒng)的ー個輸出端連接多窄脈沖信號發(fā)生器的輸入端，電源系統(tǒng)的另ー個輸出端連接激光二極管的輸入端；激光二極管的輸出端連接雪崩三極管的一個輸入端C極，雪崩三極管的另ー個輸入端B極連接多窄脈沖信號發(fā)生器的輸出端，雪崩三極管的輸出端E極連接可調(diào)電位器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種多窄脈沖激光光源，其特征在于所述多窄脈沖信號發(fā)生器包括FPGA、至少ー個延時線器件、多個PWM發(fā)生器、多路高速或邏輯塊及線驅(qū)動器件，所述FPGA的第一個輸出端連接第一個PWM發(fā)生器的輸入端，F(xiàn)PGA的其他輸出端分別連接延時線器件的輸入端，延時線器件的輸出端分別連接除第一個PWM發(fā)生器之外的其他PWM發(fā)生器的輸入端，每個PWM發(fā)生器的輸出端分別一一對應(yīng)連接多路高速或邏輯塊的輸入端，多路高速或邏輯塊的輸出端連接線驅(qū)動器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種多窄脈沖激光光源，其特征在于所述延時線器件的型號為 DS1021S。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種多窄脈沖激光光源，其特征在于所述PWM發(fā)生器的型號為 DS1023S。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種多窄脈沖激光光源，其特征在于所述多路高速或邏輯塊采用基本2輸入高速或門通過級聯(lián)方式實現(xiàn)。
專利摘要本實用新型公開了一種多窄脈沖激光光源，包括多窄脈沖信號發(fā)生器、電源系統(tǒng)、雪崩三極管、激光二極管、可調(diào)電位器，電源系統(tǒng)的一個輸出端連接多窄脈沖信號發(fā)生器的輸入端，另一個輸出端連接激光二極管輸入端；雪崩三極管的一個輸入端C連接激光二極管的一個輸出端，另一個輸入端B連接多窄脈沖信號發(fā)生器的輸出端，雪崩三極管的輸出端E連接可調(diào)電位器。其優(yōu)點(diǎn)是采用多窄脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生的多窄脈沖信號來控制雪崩三極管導(dǎo)通和截止，使被雪崩三極管驅(qū)動的激光二極管產(chǎn)生與多窄脈沖信號具有相同重復(fù)頻率和脈寬的多窄脈沖激光；基于多窄脈沖激光光源的DTS系統(tǒng)，可解決DTS系統(tǒng)測溫時功率增加與非線性的矛盾，達(dá)到長距離測量的目的。
文檔編號H01S5/042GK202395302SQ201120370850
公開日2012年8月22日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者黃正 申請人:上海華魏光纖傳感技術(shù)有限公司