專利名稱：含有長(zhǎng)周期光纖光柵薩格奈克環(huán)的光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含有長(zhǎng)周期光纖光柵薩格奈克環(huán)的光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)，屬于 光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光纖光柵傳感器具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性好、耐腐蝕、體積小、重量輕以及波長(zhǎng) 編碼方式可靠等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越為人們所重視。這種傳感器把被測(cè)參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為光柵工 作波長(zhǎng)的變化，如何簡(jiǎn)單、快捷、精確的將微小的波長(zhǎng)漂移量解調(diào)出來(lái)，是光纖光柵傳感器 系統(tǒng)中至關(guān)重要的問(wèn)題。目前，光纖光柵實(shí)用化的波長(zhǎng)解調(diào)技術(shù)主要有干涉解調(diào)技術(shù)、可調(diào)諧F-P濾波解 調(diào)技術(shù)和采用色散元件與CCD陣列相結(jié)合的光譜成像技術(shù)等。美國(guó)MICR0N0PICS公司的光 纖布拉格光柵SI/SM系列波長(zhǎng)解調(diào)儀是光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)的代表。各國(guó)的研 究者也相繼提出了其它解調(diào)方案，如匹配濾波解調(diào)技術(shù)、線性啁啾光纖光柵解調(diào)技術(shù)和長(zhǎng) 周期光纖光柵邊緣濾波線性解調(diào)技術(shù)等。1993 年英國(guó) kent 大學(xué)的 D. A. Jackson 和 Southampton 大學(xué)的 L. Reekie 等人報(bào) 道了利用匹配光柵濾波法對(duì)光纖光柵波長(zhǎng)進(jìn)行解調(diào)(simple multiplexingscheme for a fiber optic grating sesnor network,optics letters,VI. 18,No. 14 1993 1192-1194), 這種方法使用簡(jiǎn)單，但解調(diào)范圍小。2002年Zhao D和Shu X等提出利用含有線性啁啾光纖光柵薩格奈克環(huán)解調(diào)傳感 光纖光柵波長(zhǎng)(Sensor Interrogation technique Using Chirped FiberGrating-Based Sagnac Loop, Electron. Lett. Vol. 38, No. 72002 :312_313)。光學(xué)學(xué)報(bào)2004年第24卷第2期199-202頁(yè)報(bào)道了南開(kāi)大學(xué)現(xiàn)代光學(xué)研究所對(duì)長(zhǎng) 周期光纖光柵邊緣濾波線性解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了研究。該解調(diào)系統(tǒng)包括信號(hào)處理系統(tǒng)、長(zhǎng)周期 光纖光柵、光纖布拉格光柵、寬帶光源。由于采用了功率較低的寬帶光源，檢測(cè)到的信號(hào)較 弱，導(dǎo)致噪比低，測(cè)量精度受到限制。東華大學(xué)的詹亞歌等提出了長(zhǎng)周期光纖光柵解調(diào)的光纖光柵高溫傳感系統(tǒng)(CN 201034747Y)。主要原理是利用長(zhǎng)周期光纖光柵對(duì)寬帶光源進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生一個(gè)在特定波長(zhǎng) 范圍內(nèi)強(qiáng)度為線性變化的光源。再將這個(gè)光源入射到傳感光纖光柵，對(duì)其反射后的光功率 進(jìn)行檢測(cè)，達(dá)到波長(zhǎng)解調(diào)的目的。綜合上述幾種波長(zhǎng)解調(diào)方案，多采用寬帶光源作為傳感系統(tǒng)的光源，通過(guò)檢測(cè)經(jīng) 光纖光柵反射的窄帶光譜，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)解調(diào)。但這種波長(zhǎng)解調(diào)方案采用的寬譜光源功率低，且 只有光纖光柵反射帶寬內(nèi)的光被檢測(cè)到，致使探測(cè)到的信號(hào)信噪比較低，降低了波長(zhǎng)的測(cè) 量精度，且穩(wěn)定性易受環(huán)境干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有的解調(diào)系統(tǒng)的信噪比較低，測(cè)量精度低，易受
3環(huán)境干擾的缺陷。提出一種含有長(zhǎng)周期光纖光柵薩格納克環(huán)的光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案一種含有長(zhǎng)周期光纖光柵薩格奈克環(huán)的光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)。該波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng) 的光源為光纖布拉格光柵與含有長(zhǎng)周期光纖光柵的薩格奈克環(huán)作為腔鏡構(gòu)成線腔型光纖 激光器。含有長(zhǎng)周期光纖光柵的薩格奈克環(huán)包括2X2耦合器和長(zhǎng)周期光纖光柵；長(zhǎng)周期 光纖光柵的一端與2X2耦合器的第三端口連接，長(zhǎng)周期光纖光柵的另一端和2X2耦合器 的第四端口連接，形成含有長(zhǎng)周期光纖光柵的薩格奈克環(huán)。光纖布拉格光柵的一端通過(guò)摻鉺光纖與2X2耦合器的第一端口連接。光纖布拉格光柵的另一端與波分復(fù)用器的第三端口連接，波分復(fù)用器的第二端口 與泵浦光源連接，波分復(fù)用器的第一端口與信號(hào)處理系統(tǒng)連接。本發(fā)明的有益效果1)本發(fā)明不需要專門的波長(zhǎng)測(cè)試設(shè)備，只需要探測(cè)激光輸出功率值，根據(jù)波長(zhǎng)與 激光功率值的線性關(guān)系，就可以解調(diào)出光纖布拉格光柵工作波長(zhǎng)偏移，大大降低了系統(tǒng)的 成本。2)本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)高信噪比、高精度測(cè)量。與傳統(tǒng)光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)采用 寬帶光源相比，本發(fā)明采用含有長(zhǎng)周期光纖光柵薩格奈克環(huán)和光纖光柵形成激光器結(jié)構(gòu)， 輸出功率很高。在相同環(huán)境條件下，大大提高測(cè)量信號(hào)信噪比和測(cè)量精度。3)本發(fā)明的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍和測(cè)量靈敏度均可調(diào)。采用的長(zhǎng)周期光纖光柵主損耗峰 兩側(cè)透射譜的線性范圍越大系統(tǒng)的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍越大，線性透射譜的陡峭程度越高，系統(tǒng) 的測(cè)量測(cè)量靈敏度越高。故，可根據(jù)選擇不同的長(zhǎng)周期光纖光柵調(diào)節(jié)本發(fā)明所涉及的光纖 布拉格光柵波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍和測(cè)量靈敏度。


圖1 一種含有長(zhǎng)周期光纖光柵薩格納克環(huán)的光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)。圖2含有長(zhǎng)周期光纖光柵的薩格奈克環(huán)反射譜。圖3采用的光纖布拉格光柵的透射譜之一。圖4采用的光纖布拉格光柵的透射譜之二。圖中信號(hào)處理系統(tǒng)1、泵浦光源2、波分復(fù)用器3、光纖布拉格光柵4、摻鉺光纖5、 2X2耦合器6、長(zhǎng)周期光纖光柵7、含有長(zhǎng)周期光纖光柵的薩格奈克環(huán)8。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。一種含有長(zhǎng)周期光纖光柵薩格奈克環(huán)的光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)，該波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng) 的光源為光纖布拉格光柵4與含有長(zhǎng)周期光纖光柵的薩格奈克環(huán)8作為腔鏡構(gòu)成線腔型光 纖激光器。含有長(zhǎng)周期光纖光柵的薩格奈克環(huán)8包括2 X 2耦合器6和長(zhǎng)周期光纖光柵7 ；長(zhǎng) 周期光纖光柵7的一端與2X2耦合器的第三端口 63連接，長(zhǎng)周期光纖光柵7的另一端和 2X2耦合器的第四端口 64連接，形成含有長(zhǎng)周期光纖光柵的薩格奈克環(huán)8。
光纖布拉格光柵4的一端通過(guò)摻鉺光纖5與2X2耦合器的第一端口 61連接。光纖布拉格光柵4的另一端與波分復(fù)用器的第三端口 33連接，波分復(fù)用器的第二 端口 32與泵浦光源2連接，波分復(fù)用器的第一端口 31與信號(hào)處理系統(tǒng)1連接。所述長(zhǎng)周期光纖光柵7是根據(jù)光學(xué)學(xué)報(bào)2000年第20卷第5期北京交通大學(xué)光 波技術(shù)研究所報(bào)道的長(zhǎng)周期光纖光柵研制方案制作的。該長(zhǎng)周期光纖光柵采用幅度掩模 板由高頻準(zhǔn)分子激光器制作而成，經(jīng)退火實(shí)驗(yàn)后，在常溫下，透射譜形狀具有長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定 性。長(zhǎng)周期光纖光柵7的主損耗峰波長(zhǎng)為1548. 431nm，主損耗峰兩側(cè)透射率隨波長(zhǎng)呈線性 變化。所述含有長(zhǎng)周期光纖光柵的薩格奈克環(huán)8在2X2耦合器的第一端口 61的反射譜 與長(zhǎng)周期光纖光柵7的透射譜形狀一致。其反射譜如圖2所示，其主損耗峰為1548. 431nm, 主損耗峰左側(cè)為含有長(zhǎng)周期光纖光柵的薩格奈克環(huán)的反射譜的線性下降邊，其右側(cè)為含有 含有長(zhǎng)周期光纖光柵的薩格奈克環(huán)的反射譜的線性下升邊。所述的泵浦光源2采用980nm、1380nm均可。所述波分復(fù)用器3采用980nm/1550nm或1380nm/1550nm。當(dāng)泵浦光源2采用980nm 時(shí)，波分復(fù)用器3則采用980nm/1550nm ；當(dāng)泵浦光源2采用980nm時(shí)，波分復(fù)用器3則采用 1380nm/1550nm。所述的摻鉺光纖5，摻雜濃度范圍為700ppm lOOOppm，長(zhǎng)度范圍為Im 2m。所述的光纖布拉格光柵4的峰值波長(zhǎng)為1544. 394nm或1550. 243nm。當(dāng)選用圖3 所示光纖布拉格光柵4時(shí)，其峰值波長(zhǎng)和峰值反射率分別為1544. 394nm和89. 53% (9. 8dB 的透射深度)，位于含有長(zhǎng)周期光纖光柵薩格奈克環(huán)反射譜的線性下降邊。外界參數(shù)引起光 纖布拉格光柵4工作波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)漂移時(shí)，傳感器輸出光強(qiáng)隨著波長(zhǎng)線性降低。當(dāng)選用圖4 所示光纖布拉格光柵4時(shí)，其峰值波長(zhǎng)和峰值反射率分別為1550. 243nm和96. 84% (15dB 的透射深度)，位于含有長(zhǎng)周期光纖光柵的薩格奈克環(huán)反射譜的線性上升邊。外界參數(shù)引起 光纖布拉格光柵工作波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)漂移時(shí)，傳感器輸出光強(qiáng)隨著波長(zhǎng)線性增加。下面介紹利用含有長(zhǎng)周期光纖光柵的薩格奈克環(huán)解調(diào)光纖布拉格光柵波長(zhǎng)的原 理。當(dāng)光從含有長(zhǎng)周期光纖光柵的薩格奈克環(huán)8的2X2耦合器的第一端口 61入射，會(huì)在 該端口 61檢測(cè)到反射譜。該反射譜與長(zhǎng)周期光纖光柵7透射譜形狀一致。反射譜中包含 一個(gè)主吸收損耗峰，主損耗峰的強(qiáng)度下降邊(或上升邊)所包含的波長(zhǎng)范圍內(nèi)其反射率為 線性(線性擬合誤差在10-4量級(jí))的減小(或增大)。它與用著傳感頭的光纖布拉格光柵 4構(gòu)成了線腔型激光器的兩個(gè)腔鏡，當(dāng)光纖布拉格光柵工作波長(zhǎng)發(fā)生漂移時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè) 隨波長(zhǎng)強(qiáng)度發(fā)生線性變化(下降或上升)的激光光源。通過(guò)檢測(cè)激光輸出強(qiáng)度，就能實(shí)現(xiàn) 對(duì)光纖布拉格光柵工作波長(zhǎng)的解調(diào)。
權(quán)利要求
一種含有長(zhǎng)周期光纖光柵薩格奈克環(huán)的光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)，該波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)包括信號(hào)處理系統(tǒng)、長(zhǎng)周期光纖光柵、光纖布拉格光柵、光源；其特征在于光源為光纖布拉格光柵(4)與含有長(zhǎng)周期光纖光柵的薩格奈克環(huán)(8)作為腔鏡構(gòu)成線腔型光纖激光器；含有長(zhǎng)周期光纖光柵的薩格奈克環(huán)(8)包括2×2耦合器(6)和長(zhǎng)周期光纖光柵(7)；長(zhǎng)周期光纖光柵(7)的一端與2×2耦合器的第三端口(63)連接，長(zhǎng)周期光纖光柵(7)的另一端和2×2耦合器的第四端口(64)連接，形成含有長(zhǎng)周期光纖光柵的薩格奈克環(huán)(8)；光纖布拉格光柵(4)的一端通過(guò)摻鉺光纖(5)與2×2耦合器的第一端口(61)連接；光纖布拉格光柵(4)的另一端與波分復(fù)用器的第三端口(33)連接，波分復(fù)用器的第二端口(32)與泵浦光源(2)連接，波分復(fù)用器的第一端口(31)與信號(hào)處理系統(tǒng)(1)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含有長(zhǎng)周期光纖光柵薩格納克環(huán)的光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào) 系統(tǒng)，其特征在于所述長(zhǎng)周期光纖光柵(7)是采用幅度掩模板由高頻準(zhǔn)分子激光器制作而成，經(jīng)退火 實(shí)驗(yàn)后，在常溫下，透射譜形狀具有長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性，主損耗峰兩側(cè)透射率隨波長(zhǎng)呈線性變 化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種含有長(zhǎng)周期光纖光柵薩格納克環(huán)的光纖光柵波長(zhǎng)解 調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述含有長(zhǎng)周期光纖光柵的薩格奈克環(huán)(8)在2X2耦合器的第一端口(61)的反射譜 與長(zhǎng)周期光纖光柵(7)的透射譜形狀一致。
全文摘要
含有長(zhǎng)周期光纖光柵薩格奈克環(huán)的光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)，屬于光纖傳感器領(lǐng)域。該解調(diào)系統(tǒng)的光源為光纖Bragg光柵(4)與含有長(zhǎng)周期光纖光柵的薩格奈克環(huán)(8)作為腔鏡構(gòu)成線腔型光纖激光器。長(zhǎng)周期光纖光柵(7)的一端與2×2耦合器的第三端口(63)連接，長(zhǎng)周期光纖光柵的另一端和2×2耦合器的第四端口(64)連接，形成含有長(zhǎng)周期光纖光柵的薩格奈克環(huán)。光纖Bragg光柵的一端通過(guò)摻鉺光纖(5)與2×2耦合器的第一端口(61)連接。光纖Bragg光柵的另一端與波分復(fù)用器的第三端口(33)連接，波分復(fù)用器的第二端口(32)與泵浦光源(2)連接，波分復(fù)用器的第一端口(31)與信號(hào)處理系統(tǒng)(1)連接。解決了信噪比、測(cè)量精度低，易受環(huán)境干擾的缺陷。
文檔編號(hào)G01D5/353GK101907495SQ20101023114
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月14日
發(fā)明者婁淑琴, 尹國(guó)路, 王立文, 蘇偉, 陳衛(wèi)國(guó) 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)