专利名称：分布反馈激光器驱动调制装置及痕量气体检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种分布反馈激光器驱动调制装置及痕量气体检测系统。
背景技术：
分布反馈激光器具有单色性好、相干性好、光束准直精度高、体积小、使用方便等优点，在通信领域与痕量气体检测领域获得了越来越广泛的应用。尤其是近年来，分布反馈激光器被广泛用在开放光程气体监测中，如瓦斯气体监测、汽车尾气检测、天然气泄漏监测等。然而半导体激光器对工作条件要求苛刻，驱动电流的波动不仅会引起激光器的激光强度噪声，还会造成输出波长光谱线宽的展宽。在由分布反馈激光器组成的开放式激光吸收光谱气体监测系统中，需要对激光器的输出波长进行调制才能获得较高的气体检测精度。 因此，分布反馈激光器输出功率的稳定性和波长调制的精确性是影响检测系统性能的主要因素。目前，国内外在分布反馈激光器的驱动与波长调制方面做了一些工作，大多利用模拟运放电路产生所需要的调制波形，如采用单片机中断的方式产生方波，然后通过模拟积分与滤波电路得到相应的调制波形(三角波与正弦波)。该方法可以实现对分布反馈激光器的波长调制，但有如下缺点1、模拟电路复杂庞大，不利于系统的集成，模块化程度低；2、稳定性差，对于激光器稳定性要求较高的场合，模拟控制方式难以满足要求；3、模拟电路本身引起的噪声较大，导致激光器功率稳定性差和波长调制精度低。

发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、稳定性强且调制精度较高的分布反馈激光器驱动调制装置及痕量气体检测系统。( 二 )技术方案为解决上述问题，本发明提供了一种分布反馈激光器驱动调制装置，该装置包括 信号发生模块，用于生成驱动以及调制分布反馈激光器的信号；转换模块，与所述信号发生模块相连，用于对所述信号发生模块生成的信号进行电压电流转换，输出驱动所述分布反馈激光器的电流信号。优选地，所述信号发生模块进一步包括驱动信号发生单元，用于生成对所述分布反馈激光器进行波长扫描的驱动信号；调制信号发生单元，用于生成对所述分布反馈激光器进行调制的调制信号；控制单元，分别与所述驱动信号发生单元以及所述调制信号发生单元相连，用于控制所述驱动信号发生单元以及所述调制信号发生单元生成相应的信号。优选地，所述驱动信号为三角波信号，所述调制信号为正弦波信号。优选地，所述信号发生模块进一步包括叠加单元，分别与所述驱动信号发生单元以及所述调制信号发生单元相连，用于对所述驱动信号发生单元以及所述调制信号发生单元生成的信号进行叠加，将叠加得到的信号输出至所述转换模块。优选地，所述驱动信号发生单元为数模转换器。优选地，所述调制信号发生单元为直接数字式频率合成器。优选地，所述控制单元为单片机。优选地，该装置还包括温控模块，用于将所述分布反馈激光器的基底温度控制在恒定区间。本发明还提供了一种痕量气体检测系统，该系统包括上述装置，所述装置用于对所述系统的光源进行驱动和/或调制。(三)有益效果本发明的装置及系统相对于传统的驱动及调制手段，集成度更高、稳定性更好，能够很好地满足对分布反馈激光器的驱动与波长调制工作。


图1为实施例1的分布反馈激光器驱动调制装置结构示意图；图2为实施例2的分布反馈激光器驱动调制装置结构示意图。
具体实施例方式本发明提出的分布反馈激光器驱动调制装置及痕量气体检测系统，结合附图及实施例详细说明如下。本发明的分布反馈激光器驱动调节装置用于对分布反馈激光器进行驱动与波长调制，(通过改变电路参数的设置，应用对象可包括蝶形封装激光器、TO封装激光器等等) 通过对分布反馈激光器的现场驱动测试(将本发明的分布反馈激光器驱动调制装置连接到分布反馈激光器上，激光器发射出经过调制的激光，然后用与该激光器输出波段相关的光电检测器检测该激光器发出的激光，通过示波器或者其他电子设备观察光电检测器输出的波形，观看激光器输出波长的调制效果)，在不同外界环境下可获得稳定的激光发射功率和精确的调制效果。实施例1如图1所示，本实施例的分布反馈激光器驱动调制装置(图中虚线框所示)包括 信号发生模块、转换模块以及温控模块。其中信号发生模块，用于生成驱动以及调制分布反馈激光器的信号。转换模块，与信号发生模块相连，用于对信号发生模块生成的信号进行电压电流转换，输出驱动分布反馈激光器的电流信号。温控模块，用于将分布反馈激光器的基底温度控制在恒定区间，可为贴装在激光器基底的半导体制冷芯片，以PID (比例、积分、微分控制)方式实现对激光器基底温度的控制。在本实施例中，信号发生模块进一步包括驱动信号发生单元、调制信号发生单元、控制单元、以及叠加单元。其中驱动信号发生单元用于生成对分布反馈激光器进行波长扫描的三角波驱动信号， 该驱动信号可以驱动激光器产生连续的波长变化，以实现波长在一定范围内的扫描；调制信号发生单元用于生成对分布反馈激光器进行调制的正弦波调制信号；控制单元分别与驱动信号发生单元以及调制信号发生单元相连，用于控制驱动信号发生单元以及调制信号发生单元生成相应的信号；叠加单元分别与驱动信号发生单元以及调制信号发生单元相连， 用于对驱动信号发生单元以及调制信号发生单元生成的信号进行叠加，将叠加得到的信号输出至转换模块，叠加得到的信号便是最终的分布反馈激光器驱动调制信号。优选地，驱动信号发生单元可为数模转换器(D/A)；调制信号发生单元可为直接数字式频率合成器(DDS)；控制单元可为单片机；叠加单元为模拟叠加电路。转换模块可为由运放电路组成一个电压-电流转换电路，其将叠加单元得到的最终的电压信号作为其输入信号，其输出信号便是激光器的驱动信号。转换模块还具有保护功能，能有效避免分布反馈激光器受过压或高脉冲信号的冲击。实施例2如图2所示，本实施例的分布反馈激光器驱动调制装置包括单片机控制单元1、D/A芯片2(如DAC0832)、DDS芯片(如AD9850) 3、模拟叠加电路4、以及电压-电流转换模块5。单片机控制单元1向D/A芯片2写频率控制字，使其产生一个频率为IOHz的锯齿波作为激光器6的波长扫描信号；给DDS芯片写频率、相位控制字，使其产生一个5Hz的正弦波作为激光器6的波长调制信号。模拟叠加电路4把锯齿波信号和正弦波信号叠加起来， 输出至电压-电流转换模块5，电压-电流转换模块5将前面锯齿波与正弦波叠加得到的电压信号转化成电流信号，该电流信号能够驱动激光器6稳定正常地工作。并且该电压-电流转换模块4可以对激光器6起到保护的作用，能有效避免激光器受过压或高脉冲信号的冲击。此外，本发明还提供了一种痕量气体检测系统，例如基于可调谐二极管吸收光谱 (TDLAS)技术的痕量气体检测系统，但不限于此。该系统采用本发明的分布反馈激光器驱动调制装置作为其光源的驱动装置和/ 或信号调制装置。经过本发明的驱动调制装置驱动及调制的激光器作为TDLAS气体检测系统的光源，该光源发出气体吸收峰所在波段的光，经过一段含有被测气体的开放光程后，该光被光电探测器探测到，从而能够精确地反演出被测气体的浓度。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
1.一种分布反馈激光器驱动调制装置，其特征在于，该装置包括信号发生模块，用于生成驱动以及调制分布反馈激光器的信号；转换模块，与所述信号发生模块相连，用于对所述信号发生模块生成的信号进行电压电流转换，输出驱动所述分布反馈激光器的电流信号。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号发生模块进一步包括驱动信号发生单元，用于生成对所述分布反馈激光器进行波长扫描的驱动信号；调制信号发生单元，用于生成对所述分布反馈激光器进行调制的调制信号；控制单元，分别与所述驱动信号发生单元以及所述调制信号发生单元相连，用于控制所述驱动信号发生单元以及所述调制信号发生单元生成相应的信号。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述驱动信号为三角波信号，所述调制信号为正弦波信号。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述信号发生模块进一步包括叠加单元，分别与所述驱动信号发生单元以及所述调制信号发生单元相连，用于对所述驱动信号发生单元以及所述调制信号发生单元生成的信号进行叠加，将叠加得到的信号输出至所述转换模块。
5.如权利要求2-4任一项所述的装置，其特征在于，所述驱动信号发生单元为数模转换器。
6.如权利要求2-4任一项所述的装置，其特征在于，所述调制信号发生单元为直接数字式频率合成器。
7.如权利要求2-4任一项所述的装置，其特征在于，所述控制单元为单片机。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括温控模块，用于将所述分布反馈激光器的基底温度控制在恒定区间。
9.一种痕量气体检测系统，其特征在于，该系统包括权利要求1-8任一项所述的装置， 所述装置用于对所述系统的光源进行驱动和/或调制。
全文摘要
本发明公开了一种分布反馈激光器驱动调制装置及痕量气体检测系统，涉及激光器技术领域。该装置包括信号发生模块，用于生成驱动以及调制分布反馈激光器的信号；转换模块，与所述信号发生模块相连，用于对所述信号发生模块生成的信号进行电压电流转换，输出驱动所述分布反馈激光器的电流信号。本发明的装置及系统相对于传统的驱动及调制手段，集成度更高、稳定性更好，能够很好地满足对分布反馈激光器的驱动与波长调制工作。
文档编号G01N21/39GK102545038SQ201110452468
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者冯青春, 姜凯, 田宏武, 董大明, 赵志, 邢振, 郑文刚 申请人:北京农业智能装备技术研究中心