波长调制

通信科技领域术语

波长调制是通信用语，指利用外界作用改变光纤中光的波长的方法，通过检测光纤中光的波长的变化来测量各种物理量。

定义

光纤波长调制传感器主要是利用传感探头的光频谱特性随外界被测量变化而变化的特性。大多数波长调制系统中，光源采用白炽灯或汞弧灯。频谱分析仪一般采用棱镜分光计、光栅分光计、干涉滤光器和染料滤光器等方式。光纤波长调制技术主要应用于医学、化学等领域。例如，对于人体血液的分析，PH值检测，指示剂溶液浓度的化学分析，磷光和荧光现象分析，黑体辐射分析，法布里-珀罗滤光器等。

原理

波长调制光纤传感器主要是利用传感探头的光频谱特性随外界物理量变化的性质来实现的，通过检测光频谱特性实现被测参数测量。由于波长与颜色直接相关，因此波长调制又称为颜色调制。波长调制中，光源发出的能量为（λ）的光信号，经过入射光纤进入调制器，在调制器中，光信号与被测信号相互作用，光谱分布发生变化，输出光纤的能量分布为（λ），由光谱分析仪检测出（λ）即可求得被测信号。

波长调制光纤传感器中，有时不需要光源，而是利用黑体辐射、荧光（磷光）等的光谱分布与某些外界参数有关的特性来测量被测信号的。

实现方法

利用热色物质的颜色变化

60W的钨丝灯光经过光纤进入热变色溶液，其反射光被另一光纤接收后，分两束分别经过波长为650mm和800mm的滤光片，最后由光电检测器接收。这种热变色溶液的光强与温度有关系，温度为20℃时，在500nm处有一个吸收峰，溶液呈红色，温度升高到75℃时，在650nm处也有一个吸收峰，溶液呈绿色。在波长为650nm时，光强随温度变化最灵敏，在波长为800nm时，光强与温度无关。因此，选这两个波长进行检测（即波长检测）就能确定外界物理量。

利用磷光（荧光）光谱的变化

用稀土磷光体做的探头被频率为的紫外光照射后，发出一个与温度有关的光谱。光谱中红光谱线的强度随温度而增加，而绿光光谱线则降低，但两者的比值是温度的单值函数。由于这两条谱线被相同的光照激励，故它们的比值与激励光谱的光强基本无关。

利用黑体辐射

利用黑体辐射，不需要外加光源，而且简单地由探头尖端（即黑体腔）收集黑体的光谱辐射，然后通过光纤把这种宽频带的辐射传送到分光仪或滤光片，根据普朗克提出的辐射亮度与波长的关系随温度变化的公式，通过双波长就能测出黑体的温度。

利用滤光器参数的变化

在外界因素影响下，法布里-珀罗标准具（滤光器）的间隔会变动，这样就引起滤光器透射和反射功能的变化。这样，可以用一个以CCD阵列通过分光计（或棱镜）对此光谱取样，利用这个取样光谱来计算滤光器的变换特性就能确定外界因素。

检测系统

吸收线的确定

使用的是Anritsu公司生产的DFB激光器，中心波长为1650nm。采用温度扫描的方法来确定甲烷气体的吸收线。激光器的温度调谐系数约为0.09nm/℃，温度扫描范围为-30℃~45℃。在一个大气压下，用纯甲烷气体冲洗气室下，测得每个温度下的甲烷气体的吸收信号，可知，在7℃时，甲烷气体有最强的吸收。采用Newport公司的325型号的温控器，该温控器具有很好的温度稳定性，可以保证长时间内没有较大的温度漂移。

实验系统

整体实验装置如下：将激光器的温度控制在7.0℃，未调制时的直流驱动为34mA，采用Max038芯片设计了正弦信号发生器电路，信号幅度为18mA，频率为5kHz。气体吸收室两端有进气口和出气口，实验时，用橡皮塞把两端密封好，用注射器注入气体，同时注意保持内部压强为一个大气压。室中光程为20cm，两端均有一个GRIN透镜，单程吸收，制作简单，准直性能好。采用PIN光电二极管，响应范围为1100nm~1700nm，最小可响应的功率为1nW。

线性范围大。数据采集卡PCI-2006的两通道采样速率均为200kHz，分辨率为14位。经光电转换和放大后，分成两路：一路进入锁相放大器RS830，用以检测二次谐波，锁相放大器的时间常数设置为3S，灵敏度设置为0.2V；另一路直接经过A/D进入计算机，按照锁相放大器的原理，用LabVIEW软件编写了相应程序，来完成一次谐波的提取。由A/D采集来的锁相放大器的输出（与二次谐波信号的幅值成正比）与一次谐波幅值相比，得到与甲烷浓度成正比的信号。

纯氮气时，可以测得一、二次谐波幅值的比较。然后，用注射器冲入一定量的甲烷气体，来回抽动以确保气体混合均匀。最后注射器中保持一定的体积，抽出气室，确保整个实验过程在相同的压强下进行。以相同的方法，一次充入定量的甲烷气体，并转换成对应的体积浓度。

结果分析

基于波长调制技术的甲烷气体浓度检测具有很高的灵敏度，按照此原理进行了上面的实验，取得了较好的结果。充入体积浓度为0.1%的甲烷时，光程长为20cm，系统仍能分辨。如果能减小标准具噪声和气室长度等因素所造成的影响，分辨率可进一步提高。

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省