本發(fā)明涉及光源輸出技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及高穩(wěn)光頻輸出方法及其控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

光強(qiáng)、光源系統(tǒng)溫度和光共振吸收系統(tǒng)溫度均是影響光源系統(tǒng)光頻輸出的重要因素。為了實(shí)現(xiàn)高溫光頻輸出，需要對光強(qiáng)、光源系統(tǒng)溫度和光共振吸收系統(tǒng)溫度進(jìn)行采集，并獲取光強(qiáng)、光源系統(tǒng)溫度和光共振吸收系統(tǒng)溫度分別與光頻輸出之間的關(guān)系，通過改變光強(qiáng)、光源系統(tǒng)溫度或光共振吸收系統(tǒng)溫度，均能改變光源的輸出頻率?，F(xiàn)有技術(shù)中，由于光強(qiáng)、光源系統(tǒng)溫度和光共振吸收系統(tǒng)溫度對光頻的影響差異性較大，若想要獲得高穩(wěn)光頻輸出，需要綜合考慮這三個(gè)因素對光頻的影響，其難度較大，目前為止并沒有獲取最佳工作狀態(tài)(即選取合適的光強(qiáng)、光源系統(tǒng)溫度和光共振吸收系統(tǒng)溫度)的方法。

改變光強(qiáng)一般有兩種方式，分別為改變光源的激勵功率和光源系統(tǒng)溫度。由于新的光源做成之后，相對應(yīng)的燈激勵功率電路已經(jīng)和它配套，一般情況下不宜隨便改變燈激勵功率。而由于光源溫度分為三個(gè)部分：張馳振蕩區(qū)、平坦區(qū)、自蝕區(qū)，當(dāng)光源溫度在平坦區(qū)變化時(shí)，光強(qiáng)的可改變量非常有限，這不便于我們大范圍的改變光強(qiáng)來滿足實(shí)際應(yīng)用中的需求。因此，需要采取其它措施來達(dá)到大范圍改變光強(qiáng)的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種能夠獲取大范圍變化的光強(qiáng)值，并根據(jù)光強(qiáng)、光源系統(tǒng)溫度或光共振吸收系統(tǒng)溫度確定光源系統(tǒng)最佳工作狀態(tài)的高穩(wěn)光頻輸出方法及其控制系統(tǒng)。

對于本發(fā)明一種高穩(wěn)光頻輸出方法，其技術(shù)方案為，采集光源系統(tǒng)的光頻信號，調(diào)節(jié)光源系統(tǒng)的溫度，繪制所述光源系統(tǒng)的光源系統(tǒng)溫度-光頻變化關(guān)系曲線，得到所述光源系統(tǒng)溫度對光頻的拐點(diǎn)，并將該拐點(diǎn)對應(yīng)的溫度作為最終光源系統(tǒng)溫度；

采集光源系統(tǒng)的光強(qiáng)信號，以所述最終光源系統(tǒng)溫度為光源系統(tǒng)的固定溫度，在多個(gè)不同的光強(qiáng)下調(diào)節(jié)光共振吸收系統(tǒng)的溫度，繪制不同光強(qiáng)下的第二光共振吸收系統(tǒng)溫度-光頻變化關(guān)系曲線；

比較不同光強(qiáng)下的第二光共振吸收系統(tǒng)溫度-光頻變化關(guān)系曲線，以變化趨勢最小的曲線對應(yīng)的光強(qiáng)為最佳光強(qiáng)、以各個(gè)曲線交點(diǎn)對應(yīng)的溫度為最佳光共振吸收系統(tǒng)溫度、以最終光源系統(tǒng)溫度為最佳光源系統(tǒng)溫度，將所述光源系統(tǒng)調(diào)節(jié)至所述最佳光強(qiáng)、最佳光共振吸收系統(tǒng)溫度和最佳光源系統(tǒng)溫度狀態(tài)進(jìn)行高穩(wěn)光頻輸出。

進(jìn)一步的，所述第二光共振吸收系統(tǒng)溫度-光頻變化關(guān)系曲線根據(jù)以下方法繪制：

選取梯度變化的多個(gè)光強(qiáng)值，并在各個(gè)光強(qiáng)值下調(diào)節(jié)光共振吸收系統(tǒng)溫度，使光共振吸收系統(tǒng)溫度在范圍E1內(nèi)變化，以F1為采樣間隔采集所述光源系統(tǒng)的光頻信號，繪制不同光強(qiáng)下的第一光共振吸收系統(tǒng)溫度-光頻變化關(guān)系曲線；

從多組第一光共振吸收系統(tǒng)溫度-光頻變化關(guān)系曲線中選取幾組平滑曲線，將所述幾組平滑曲線對應(yīng)的光強(qiáng)值作為繪制第二光共振吸收系統(tǒng)溫度-光頻變化關(guān)系曲線時(shí)選取的光強(qiáng)值，在所述選取的光強(qiáng)值下調(diào)節(jié)光共振吸收系統(tǒng)溫度，使光共振吸收系統(tǒng)溫度在范圍E2內(nèi)變化，以F2為采樣間隔采集所述光源系統(tǒng)的光頻信號，繪制不同光強(qiáng)下的第二光共振吸收系統(tǒng)溫度-光頻變化關(guān)系曲線；

其中，所述范圍E2屬于范圍E1的一部分，所述F1大于F2。

進(jìn)一步的，所述光強(qiáng)的調(diào)節(jié)方法包括：所述第一光共振吸收系統(tǒng)溫度-光頻變化關(guān)系曲線經(jīng)電反向處理。

對于本發(fā)明一種高穩(wěn)光頻輸出控制系統(tǒng)，其技術(shù)方案為，包括單片機(jī)、光源系統(tǒng)、光共振吸收系統(tǒng)、光強(qiáng)采集儀、光頻測量儀和PC機(jī)，所述單片機(jī)的光源系統(tǒng)溫度控制信號輸出端與所述光源系統(tǒng)控制信號接收端連接，所述單片機(jī)的光共振吸收系統(tǒng)溫度控制信號輸出端與所述光共振吸收系統(tǒng)溫度控制信號接收端連接，所述光源系統(tǒng)的光頻信號輸出端與所述光頻測量儀電連接，所述光源系統(tǒng)的光強(qiáng)信號輸出端通過所述光共振吸收系統(tǒng)與所述光強(qiáng)采集儀電連接，所述光頻測量儀的光頻信號輸出端和所述光強(qiáng)采集儀的光強(qiáng)信號輸出端分別與所述PC機(jī)的數(shù)據(jù)接收端連接。

進(jìn)一步的，所述光源系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有多個(gè)衰減度梯度變化的中性衰減濾光片，多個(gè)所述中性衰減濾光片均勻設(shè)置于一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)電連接，任意一個(gè)所述中性衰減濾光片均可旋轉(zhuǎn)至中心與光束中心軸重合位置。

進(jìn)一步的，所述中性衰減濾光片直徑與所述光源系統(tǒng)的光束橫截面直徑相同。

進(jìn)一步的，所述中性衰減濾光片不少于5個(gè)。

本發(fā)明的有益效果：采集光源系統(tǒng)的光強(qiáng)和光頻，并通過單片機(jī)調(diào)節(jié)光源系統(tǒng)和光共振吸收系統(tǒng)的溫度，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測光源系統(tǒng)溫度、光共振吸收系統(tǒng)溫度對光頻的影響。在光源系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置多個(gè)衰減度梯度變化的中性衰減濾光片，并利用步進(jìn)電機(jī)控制各個(gè)中性衰減濾光片分別對光束進(jìn)行衰減，從而獲取可大范圍變化的光強(qiáng)，解決了光源溫度在平坦區(qū)變化時(shí)，光強(qiáng)的可改變量非常有限的問題。通過繪制系統(tǒng)溫度-光頻變化關(guān)系曲線，能夠獲取最佳系統(tǒng)溫度值，而通過比較不同光強(qiáng)下光共振吸收系統(tǒng)溫度-光頻變化關(guān)系曲線，能夠確定最佳光強(qiáng)值和光共振吸收系統(tǒng)溫度值，從而確定光源系統(tǒng)的最佳工作狀態(tài)，將光源系統(tǒng)按照最佳工作狀態(tài)進(jìn)行輸出，能夠獲得高穩(wěn)光頻。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種高穩(wěn)光頻輸出控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明光源系統(tǒng)溫度-光頻變化關(guān)系曲線圖；

圖3為本發(fā)明第一光共振吸收系統(tǒng)溫度-光頻變化關(guān)系曲線圖；

圖4為本發(fā)明第二光共振吸收系統(tǒng)溫度-光頻變化關(guān)系曲線圖；

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明：

如圖1所示，本發(fā)明一種高穩(wěn)光頻輸出控制系統(tǒng)包括：單片機(jī)、光源系統(tǒng)、光共振吸收系統(tǒng)、光強(qiáng)采集儀、光頻測量儀和PC機(jī)。單片機(jī)的光源系統(tǒng)溫度控制信號(即溫度控制1)輸出端與所述光源系統(tǒng)控制信號接收端連接，單片機(jī)的光共振吸收系統(tǒng)溫度控制信號(即溫度控制2)輸出端與光共振吸收系統(tǒng)溫度控制信號接收端連接，光源系統(tǒng)的光頻信號輸出端與光頻測量儀電連接，光源系統(tǒng)的光強(qiáng)信號輸出端通過光共振吸收系統(tǒng)與光強(qiáng)采集儀電連接，光頻測量儀的光頻信號輸出端和光強(qiáng)采集儀的光強(qiáng)信號輸出端分別與PC機(jī)的數(shù)據(jù)接收端連接。

光源系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有多個(gè)衰減度梯度變化的中性衰減濾光片，多個(gè)中性衰減濾光片沿圓周方向均勻固定于一個(gè)可360°旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中心軸與步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動軸固定連接，步進(jìn)電機(jī)的控制端與單片機(jī)電連接。步進(jìn)電機(jī)沒控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，均能使一個(gè)中性衰減濾光片中心與光束中軸線重合，且光束橫截面的直徑與中性衰減濾光片的直徑相同。本實(shí)施例中采用9個(gè)中性衰減濾光片，衰減度為10％～90％，從而可以獲取9個(gè)光強(qiáng)值，實(shí)際使用時(shí)，中性衰減濾光片的數(shù)量和衰減度可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

為了使光源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高溫光頻輸出，需要使光源系統(tǒng)工作與最佳狀態(tài)，而最佳狀態(tài)時(shí)對應(yīng)的最佳光源系統(tǒng)溫度、光共振吸收系統(tǒng)溫度和光強(qiáng)的獲取方式如下：

如圖2所示為光源系統(tǒng)溫度-光頻變化關(guān)系曲線圖，可以看出隨著光源溫度的改變，系統(tǒng)輸出的頻率會在1×10～12/℃及4×10～11/℃內(nèi)變化。通過光強(qiáng)采集儀和光頻測量儀分別采集光源系統(tǒng)的光強(qiáng)和光頻，單片機(jī)調(diào)節(jié)光源系統(tǒng)的溫度，根據(jù)光源系統(tǒng)溫度與光頻的關(guān)系繪制光源系統(tǒng)溫度-光頻變化關(guān)系曲線圖。由于在光源控溫環(huán)節(jié)中，實(shí)測光源溫度的變化是很小的，其控溫比值在100左右，因此，在做“系統(tǒng)溫度-頻率”實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先在大范圍搜索光源溫度對頻率的拐點(diǎn)，例如光源溫度變化步長為1℃，然后，在此光源溫度點(diǎn)小范圍內(nèi)再搜索一次拐點(diǎn)。例如上圖，其溫度拐點(diǎn)在橫軸溫度示意值1600點(diǎn)。在上述獲得的拐點(diǎn)1600值，按照上述方法，在小范圍搜索光源溫度對頻率的拐點(diǎn)，此時(shí)光源溫度變化步長為0.1℃，同時(shí)光頻記錄儀記錄對應(yīng)的頻率，可以獲得上圖所示的精細(xì)圖，同樣的方法找到精細(xì)拐點(diǎn)，定為最終的光源系統(tǒng)溫度。

光源系統(tǒng)光強(qiáng)的穩(wěn)定性對系統(tǒng)的穩(wěn)定性指標(biāo)有著很大的影響，通常情況下，光強(qiáng)對頻率的影響為1×10–12/1％，即光強(qiáng)變化1％，則引起頻率的變化為1×10–12。當(dāng)然對于不同的光源系統(tǒng)，光強(qiáng)對頻率的影響程度有所不同，對于工作在不同狀態(tài)的同一系統(tǒng)也會有所不同。因此，我們一方面要通過系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化，減小光強(qiáng)變化對頻移的影響，另一方面要采取措施，對燈光強(qiáng)進(jìn)行控制，使燈的光強(qiáng)穩(wěn)定性滿足實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)指標(biāo)所需的要求。

為了選擇一個(gè)合適的光強(qiáng)，可以通過改變光源的激勵功率、光源系統(tǒng)溫度，的方法。新的光源做成之后，相對應(yīng)的燈激勵功率電路已經(jīng)和它配套，一般情況下不宜隨便改變燈激勵功率。我們已經(jīng)知道，光源的溫度大致上分為三個(gè)部分：張馳振蕩區(qū)、平坦區(qū)、自蝕區(qū)。由于平坦區(qū)通常區(qū)間比較大，光源光源溫度選擇在此區(qū)間，光強(qiáng)隨光源溫度的變化要比其它區(qū)間小得多，故通常我們把光源光源溫度選擇在此區(qū)間上。但是我們應(yīng)該注意到這樣的問題，正是因?yàn)閷⒐庠礈囟冗x擇在平坦區(qū)中，光強(qiáng)的可改變量是非常有限的，這不便于我們大范圍的改變光強(qiáng)來滿足實(shí)際應(yīng)用中的需求。再則，我們改變光源的溫度，實(shí)際上已經(jīng)改變了燈的光譜輪廓。因此，本專利采用中性衰減濾光片來改變光強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)也已證明它是一種有效的辦法。

本專利采用的中性衰減濾光片為透明塑料，因?yàn)樗容^簿，能夠方便地置入系統(tǒng)中，而且由于單片透明塑料對光的衰減率比較小，因此可以對光進(jìn)行比較精細(xì)的調(diào)節(jié)。通過單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而可以獲取梯度變化的多個(gè)光強(qiáng)值，在各個(gè)光強(qiáng)值下以一個(gè)較大的變化范圍，如E1，來調(diào)節(jié)光共振吸收系統(tǒng)溫度，以F1為采樣間隔(即溫度每變化F1便取一個(gè)采樣點(diǎn))采集光源系統(tǒng)的光頻信號，繪制出不同光強(qiáng)下的第一光共振吸收系統(tǒng)溫度-光頻變化關(guān)系曲線。如圖3所示為第一光共振吸收系統(tǒng)溫度-光頻變化關(guān)系曲線圖(此圖為電反向后的示意圖)。需要指出的是上圖只是做了兩個(gè)光強(qiáng)的圖，我們實(shí)際上需要做至少5個(gè)不同光強(qiáng)下的曲線，目的是從這5曲線中選出3組較好的曲線進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)，所謂“較好”如上圖所示，只要曲線平滑即可。

在得到3組較好的曲線后，以最終光源系統(tǒng)溫度為光源系統(tǒng)的固定溫度，在這3個(gè)光強(qiáng)下，分別逐漸調(diào)節(jié)光共振吸收系統(tǒng)的溫度(此溫度的調(diào)節(jié)范圍遠(yuǎn)小于圖2中的溫度調(diào)節(jié)范圍，如E2(E2<E1)，即在相對于第一光共振吸收系統(tǒng)溫度-光頻變化關(guān)系曲線，在一個(gè)較小的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)光共振吸收系統(tǒng)的溫度，并獲取更多的采樣點(diǎn))，以F2(F2<F1)為采樣間隔(即溫度每變化F2便取一個(gè)采樣點(diǎn))繪制3個(gè)光強(qiáng)下的第二光共振吸收系統(tǒng)溫度-光頻變化關(guān)系曲線。如圖3所示為第二光共振吸收系統(tǒng)溫度-光頻變化關(guān)系曲線示意圖，圖中三個(gè)曲線存在一個(gè)共同的交點(diǎn)(即光共振吸收系統(tǒng)溫度T＝T0)。當(dāng)光共振吸收系統(tǒng)溫度T＝T0時(shí)頻移與光強(qiáng)A、B、C無關(guān)，這即是我們所要尋找的光頻最佳工作點(diǎn)。從圖中也可清楚地看出光頻移具有負(fù)的溫度系數(shù)，在光強(qiáng)不變的情況下，隨著光共振吸收系統(tǒng)溫度的升高，頻移量變小。同時(shí)對應(yīng)于不同的光強(qiáng)A、B、C，光頻移溫度系數(shù)的量值也是不一致的，圖中選擇在光強(qiáng)C時(shí)，光頻移溫度系數(shù)最小(即曲線變化趨勢最小)。此時(shí)刻我們將獲得最佳的工作環(huán)境，即光源系統(tǒng)溫度拐點(diǎn)對應(yīng)的光源系統(tǒng)溫度值、光共振吸收系統(tǒng)的最佳溫度點(diǎn)T0、最佳光強(qiáng)值光強(qiáng)C。讓光源系統(tǒng)工作于此最佳工作環(huán)境，能夠獲得高溫光頻輸出。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。