基于边缘滤波的MG-Y激光器高频参数表征方法及其在FBG解调中的应用

为解决MG-Y可调谐激光器在高频调谐下波长控制精度不足的问题，研究人员提出基于可调光纤滤波器(TFF)边缘滤波的表征方法，结合粒子群优化(PSO)算法构建电流-波长查找表(LUT)。实验表明，该方法在200.71 kHz调谐频率下实现±5.8 pm波长精度，为光纤布拉格光栅(FBG)动态解调提供关键技术支撑。

　　

在航天器环境监测和光纤传感领域，可调谐激光器的波长稳定性直接决定系统性能。Modulated Grating Y-branch（MG-Y）激光器凭借宽调谐范围和快速响应，成为光纤布拉格光栅（FBG）动态解调的核心光源。然而，传统基于波长计或光谱仪的低频表征方法难以适应200 kHz以上的高频调谐需求，电流-波长查找表（LUT）在通道切换点易出现非线性偏差，严重制约FBG解调分辨率。北京自然科学基金资助项目团队通过创新性结合边缘滤波技术与智能优化算法，突破了这一技术瓶颈。

研究团队采用可调光纤滤波器（Tunable Fiber Filter, TFF）作为光谱选择元件，将激光输出光功率经光电二极管（PD）转换为电压信号，采样速率远超传统仪器。基于粒子群优化（Particle Swarm Optimization, PSO）算法迭代求解目标波长对应的最佳电流组合（I_L
、I_R
、I_P
），通过Vernier效应实现精准波长锁定。实验系统包含TFF滤波模块、高速数据采集卡和实时反馈控制单元，利用激光低频调谐路径建立初始参数空间。

系统架构
通过分析MG-Y激光器左/右光栅反射区、相位区的电流-波长映射关系，构建三维参数搜索空间。TFF的透射谱边缘斜率决定波长分辨率，PSO算法引入动态惯性权重和空间约束，避免陷入局部最优。

精度分析
仿真表明TFF透射函数在1540-1560 nm波段具有最优线性度，将收敛阈值α设为5 pm时，算法迭代次数减少37%而精度提升2.3倍。相位电流I_P
的微调可补偿Vernier效应导致的模式跳变。

实验验证
在40 nm调谐范围内生成2001个波长点的LUT，波长间隔20 pm。高频测试显示：200.71 kHz调谐时波长标准差2.8 pm，较传统方法提升6倍；FBG中心波长解调误差小于±0.3 pm，满足航天级监测需求。

该研究首创的边缘滤波表征体系，通过光电协同采样将LUT生成效率提升两个数量级。所构建的高精度LUT支持MHz级动态调谐，为星载FBG传感网络提供关键技术储备。未来可通过TFF温度稳定性优化进一步提升系统鲁棒性。