專利名稱：一種全光纖化的分光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)分光裝置，特別涉及一種分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中的全光纖化的分光裝置。
背景技術(shù)：
分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)(DTS)是一種新興的線型火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，在公路交通隧道、高壓電纜溝、輸煤皮帶、石化化工等領(lǐng)域有較廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)不僅可以實(shí)時(shí)測(cè)量溫度的大小，而且可以精確定位火災(zāi)位置，具有測(cè)量距離長(zhǎng)、無(wú)測(cè)量盲區(qū)、抗電磁干擾、適合易燃易爆等惡劣環(huán)境下工作等優(yōu)點(diǎn)。DTS的測(cè)量原理為自發(fā)拉曼散射效應(yīng)和光時(shí)域反射技術(shù)。激光脈沖在光纖中傳輸， 激光與光纖相互作用，絕大部分激光都往前傳輸，只有非常小的一部分光產(chǎn)生背向散射。對(duì)于DTS系統(tǒng)，背向散射光主要有三個(gè)波段，分別為與入射光波長(zhǎng)一樣的瑞利光(λ^、溫度不敏感的斯托克斯光Us)和溫度敏感的反斯托克斯光ua)。利用分光裝置，分離出溫度敏感的反斯托克光和溫度不敏感的斯托克斯光，并利用光電探測(cè)器探測(cè)，根據(jù)兩者光強(qiáng)之比即可獲得沿光纖分布的溫度值。中國(guó)專利ZL200820154032. 7公開(kāi)了一種分布式光纖溫度傳感裝置，該裝置利用反斯托克斯透鏡和斯托克斯透鏡分離出光纖拉曼散射信號(hào)，是一種基于光學(xué)元件的空間分光光路結(jié)構(gòu)，光路復(fù)雜，對(duì)光路調(diào)試要求精度高，可靠性低。中國(guó)專利ZL201010133585. 6公開(kāi)了一種嵌入光開(kāi)關(guān)的分布式光纖拉曼溫度傳感器，入射激光經(jīng)1X 3光纖雙向耦合器的第一輸出端入射到測(cè)溫光纖上，光纖各點(diǎn)返回的信號(hào)經(jīng)1X3光纖雙向耦合器的第二輸出端和第三輸出端后，分別經(jīng)過(guò)第一濾光片和第二濾光片，分別分離出反斯托克斯光和斯托克斯光。該裝置光路損耗較大，不利于光纖拉曼散射信號(hào)的探測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高的全光纖化的分光裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種全光纖化的分光裝置，包括光纖光柵和光纖波分復(fù)用器，兩者之間的位置關(guān)系為光纖光柵和光纖波分復(fù)用器的輸入端相連，光纖光柵把入射的光信號(hào)Si分離為具有第一部分波長(zhǎng)的反射光信號(hào)S2和具有第二部分波長(zhǎng)和第三部分波長(zhǎng)的透射光S3 ；光纖波分復(fù)用器把所述的透射光S3分離為具有第二部分波長(zhǎng)的透射光S4和具有第三部分波長(zhǎng)的透射光S5。所述的光纖光柵的中心反射波長(zhǎng)為第一部分波長(zhǎng)。所述的光纖波分復(fù)用器為1X2熔融拉錐型波分復(fù)用器，兩個(gè)輸出端分離波長(zhǎng)分別為第二部分波長(zhǎng)和第三部分波長(zhǎng)。
光纖光柵是一種波長(zhǎng)選擇器件，它利用UV光在光纖纖芯上形成折射率周期調(diào)制的結(jié)構(gòu)，通過(guò)折射率調(diào)制深度和周期的設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)特定波長(zhǎng)的反射，反射率可達(dá)95 %以上。作為一種全光纖化的器件，易于批量生產(chǎn)，與傳感系統(tǒng)兼容性好。如果需要進(jìn)一步減小特定波長(zhǎng)的透過(guò)率，可級(jí)聯(lián)多個(gè)中心反射波長(zhǎng)相同的光纖光柵。熔融拉錐型光纖波分復(fù)用器可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)波長(zhǎng)的信號(hào)光分離，隔離度可達(dá)30dB。 若需要進(jìn)一步提高隔離度，光纖波分復(fù)用器的輸出端可再級(jí)聯(lián)一個(gè)以上的相同的光纖波分復(fù)用器，或者再級(jí)聯(lián)一個(gè)以上的光纖光柵。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明基于光纖光柵濾波和熔融拉錐型光纖波分復(fù)用器的分光原理，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的全光纖化的分光裝置，實(shí)現(xiàn)第一部分波長(zhǎng)、第二部分波長(zhǎng)和第三部分波長(zhǎng)的分離。光纖光柵和熔融拉錐型光纖波分復(fù)用器均為常見(jiàn)通信器件，制作工藝成熟，成本低，并且為全光纖化器件，無(wú)需膠水封裝，長(zhǎng)期可靠性高。


圖1是本發(fā)明的一種全光纖化的分光裝置；圖2是本發(fā)明的一種提高第一部分波長(zhǎng)隔離度的全光纖化的分光裝置；圖3是本發(fā)明的另一種提高第一部分波長(zhǎng)隔離度的全光纖化的分光裝置；圖4是本發(fā)明的一種提高第三部分波長(zhǎng)隔離度的全光纖化的分光裝置。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳盡描述。實(shí)施例1 如圖1所示，一種全光纖化的分光裝置，包括光纖光柵1和光纖波分復(fù)用器2，其中波分復(fù)用器2為1X2結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)輸入端21和兩個(gè)輸出端22及23，所述的光纖光柵1 與波分復(fù)用器2的輸入端21相連。該分光裝置用于分布式光纖拉曼傳感系統(tǒng)背向散射光Sl的分離，散射光Sl為包含瑞利散射光、反斯托克斯光和斯托克斯光等三個(gè)波長(zhǎng)的復(fù)合光。所述的光纖光柵1的中心波長(zhǎng)為瑞利散射光，柵區(qū)長(zhǎng)度12mm，反射率大于95% ；所述的光纖波分復(fù)用器為熔融拉錐型，分離波長(zhǎng)為反斯托克斯光和斯托克斯光。散射光Sl入射到所述的光纖光柵1后，瑞利散射光發(fā)生反射，包含有反斯托克斯光和斯托克斯光的復(fù)合光S3發(fā)生透射；所述的S3經(jīng)光纖波分復(fù)用器2的輸入端21入射，反斯托克斯光透射光S4和斯托克斯光透射光S5分別從所述的波分復(fù)用器的輸出端22和23出射，從而實(shí)現(xiàn)光纖背向散射光中溫度敏感信號(hào)和溫度不敏感信號(hào)的分離。實(shí)施例2 如圖2所示，一種提高第一部分波長(zhǎng)隔離度的全光纖化的分光裝置，包括第一光纖光柵1，第二光纖光柵3和光纖波分復(fù)用器2，他們的位置關(guān)系為第一光纖光柵1與第二光纖光柵3相連，第二光纖光柵3與光纖波分復(fù)用器2的輸入端21相連。所述的第一光纖光柵1與第二光纖光柵3的中心波長(zhǎng)均為第一部分波長(zhǎng)；所述的光纖波分復(fù)用器為熔融拉錐型，分離波長(zhǎng)為第二部分波長(zhǎng)和第三部分波長(zhǎng)。本實(shí)例中分光裝置用于高精度的分布式拉曼測(cè)溫系統(tǒng)的背向散射光Sl的分離，
4由于瑞利散射信號(hào)S2比反斯托克斯光信號(hào)S4和斯托克斯光信號(hào)S5大兩個(gè)數(shù)量級(jí)，普通的光纖光柵只能實(shí)現(xiàn)15dB左右的隔離度，為提高第一部分波長(zhǎng)的隔離度，需要多個(gè)中心反射波長(zhǎng)相同的光纖光柵級(jí)聯(lián)。本實(shí)例中采用第一光纖光柵1和第二光纖光柵3級(jí)聯(lián)的方式， 對(duì)所述瑞利散射光S2的隔離度可達(dá)30dB以上，滿足高精度分布式測(cè)量需求。實(shí)施例3 如圖3所示，一種提高第一部分波長(zhǎng)隔離度的全光纖化的分光裝置，包括第一光纖光柵1，第二光纖光柵3和光纖波分復(fù)用器2，他們的位置關(guān)系為第一光纖光柵1與光纖波分復(fù)用器2的輸入端21相連，所述光纖波分復(fù)用器2的輸出端22與第二光纖光柵3相連。所述的第一光纖光柵1與第二光纖光柵3的中心波長(zhǎng)均為第一部分波長(zhǎng)；所述的光纖波分復(fù)用器為熔融拉錐型，分離波長(zhǎng)為第二部分波長(zhǎng)和第三部分波長(zhǎng)。本實(shí)施例中，第二光纖光柵3直徑與光纖波分復(fù)用器2的輸出端22相連，所述光纖光柵3的中心波長(zhǎng)為第一部分波長(zhǎng)，可進(jìn)一步減小波分復(fù)用器2混入的第一部分波長(zhǎng)的散射光，提高對(duì)所述瑞利散射光S2的隔離度。實(shí)施例4 如圖4所示，一種提高第三部分波長(zhǎng)隔離度的全光纖化的分光裝置，包括光纖光柵1，第一光纖波分復(fù)用器2和第二光纖波分復(fù)用器4，他們的位置關(guān)系為光纖光柵1與第一光纖波分復(fù)用器2的輸入端21相連，所述第一光纖波分復(fù)用器2的輸出端22與第二光纖波分復(fù)用器4的輸入端41相連。所述的光纖光柵1的中心波長(zhǎng)為第一部分波長(zhǎng)；所述的第一光纖波分復(fù)用器2和第二光纖波分復(fù)用器4均為熔融拉錐型，分離波長(zhǎng)為第二部分波長(zhǎng)和第三部分波長(zhǎng)。本實(shí)例中，第二光纖波分復(fù)用器4用于提高第三部分波長(zhǎng)的隔離度。典型的熔融拉錐型波分復(fù)用器兩個(gè)輸出端的串?dāng)_為15 25dB，如果第三部分波長(zhǎng)的信號(hào)比較強(qiáng)(對(duì)于分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)，斯托克斯光散射光的信號(hào)強(qiáng)度比反斯托克斯光的信號(hào)強(qiáng)度大8倍左右)，則會(huì)存在小部分第三波長(zhǎng)的透射光S5混入第一光纖波分復(fù)用器2的輸出端22上，通過(guò)在所述輸出端22上再級(jí)聯(lián)一個(gè)第二光纖波分復(fù)用器4，則混入的小部分第三波長(zhǎng)的透射光S5會(huì)通過(guò)第二波分復(fù)用器4的輸出端43輸出，而第二部分波長(zhǎng)的透射光S4則從第二波分復(fù)用器4的輸出端42出射，大大減小第三部分波長(zhǎng)透射光S5，提高對(duì)所述第三部分波長(zhǎng)透射光S5的隔離度。
權(quán)利要求
1.一種全光纖化的分光裝置，包括光纖光柵和光纖波分復(fù)用器，其特征在于所述的光纖光柵和光纖波分復(fù)用器的位置關(guān)系為光纖光柵和光纖波分復(fù)用器的輸入端相連，光纖光柵把入射的光信號(hào)Si分離為具有第一部分波長(zhǎng)的反射光信號(hào)S2和具有第二部分波長(zhǎng)和第三部分波長(zhǎng)的透射光S3 ；光纖波分復(fù)用器把所述的透射光S3分離為具有第二部分波長(zhǎng)的透射光S4和具有第三部分波長(zhǎng)的透射光S5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖化的分光裝置，其特征在于所述的光纖光柵的中心反射波長(zhǎng)為第一部分波長(zhǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖化的分光裝置，其特征在于所述的光纖波分復(fù)用器為 1X 2熔融拉錐型波分復(fù)用器，兩個(gè)輸出端分離波長(zhǎng)分別為第二部分波長(zhǎng)和第三部分波長(zhǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖化的分光裝置，其特征在于所述的光纖光柵為兩個(gè)以上中心反射波長(zhǎng)相同的光纖光柵的級(jí)聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖化的分光裝置，其特征在于所述的光纖波分復(fù)用器的輸出端可再級(jí)聯(lián)一個(gè)以上的光纖波分復(fù)用器或者光纖光柵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖化的分光裝置，其特征在于所述的第一部分波長(zhǎng)為瑞利散射光波長(zhǎng)，第二部分波長(zhǎng)和第三部分波長(zhǎng)分別為反斯托克斯波長(zhǎng)和斯托克斯波長(zhǎng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種全光纖化的分光裝置，包括光纖光柵和光纖波分復(fù)用器，其位置關(guān)系為光纖光柵和光纖波分復(fù)用器的輸入端相連，光纖光柵把入射的光信號(hào)S1分離為具有第一部分波長(zhǎng)的反射光信號(hào)S2和具有第二部分波長(zhǎng)和第三部分波長(zhǎng)的透射光S3；光纖波分復(fù)用器把所述的透射光S3分離為具有第二部分波長(zhǎng)的透射光S4和具有第三部分波長(zhǎng)的透射光S5。本發(fā)明基于常見(jiàn)通信器件，制作工藝成熟，成本低，并且為全光纖化器件，長(zhǎng)期可靠性高。
文檔編號(hào)G02B6/34GK102253454SQ20111008768
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者丘棟榮, 盧海洋, 肖棽柏, 蔣俊 申請(qǐng)人:杭州山旭光電有限公司