專利名稱：一種基于雙波長拍頻技術(shù)的光纖光柵傳感解調(diào)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物理傳感領(lǐng)域,具體涉及基于光纖bragg光柵技術(shù)和拍頻技術(shù)的物理傳感器。
背景技術(shù)：
自從上世紀70年代美國康寧公司制作出的第一代低損耗多膜光纖，光纖經(jīng)過四十多年的發(fā)展已經(jīng)在通信和傳感等領(lǐng)域得到了普遍的應(yīng)用。早在1978年加拿大的K. O. Hill等人便首次利用氬離子激光器在摻鍺光纖中寫入光纖bragg光柵，而在1989年，W. ff. Morey等人首次對光纖光柵的溫度和應(yīng)變傳感特性進行了研究，得到了光柵反射波長溫度靈敏度和應(yīng)變的靈敏度分別為I. 1χ10_2ηπι/μ ε和I. 2xl0_3nm/μ ε之后，基于光纖光柵的傳感技術(shù)逐漸在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用。光纖光柵作為光纖傳感應(yīng)用中的重要器件，在光纖傳感上有不可代替的作用，光纖光柵是具有沿光纖軸向方向周期折射率調(diào)制無源光學器件，外界環(huán)境的變化(例如溫度、應(yīng)力等)會引起其結(jié)構(gòu)的改變，進而改變其對內(nèi)部傳輸光的影響，通過檢測傳輸光并基于傳輸光光學性質(zhì)的變化(如光強、相位、偏振態(tài)等)來探測待測參數(shù)的變化。由于光纖傳感器具有抗電磁干擾、插入損耗低、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、制備工藝簡單、成本低廉等諸多其他有源傳感器件無可比擬的優(yōu)點，能在一些特殊環(huán)境下勝任，因此受到眾多學者的關(guān)注和研究機構(gòu)的追捧，特別是最近幾年在物聯(lián)網(wǎng)熱的積極推動下，光纖傳感技術(shù)得到迅速成長。自1955年光拍頻現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，尤其是激光出現(xiàn)以來，在測試方面的應(yīng)用日趨廣泛?；诠馀念l技術(shù)的光纖光柵傳感器研究，國內(nèi)外均有大量報道?，F(xiàn)有技術(shù)普遍認為單縱模雙波長激光可以拍出穩(wěn)定單一頻率的拍頻信號，因此為了更好地觀察拍頻信號，現(xiàn)有基于光纖環(huán)腔激光器的光拍頻傳感器，輸出的激光需要具有單縱模的特性。這不僅增加了激光器對元器件的選型及精度方面的要求，而且對光纖環(huán)腔腔長的長度有較嚴格的限制，如為了實現(xiàn)激光器單縱模輸出，需要在光纖環(huán)腔內(nèi)常常需要加入單縱模選擇裝置，而光放大器的選擇上通常使用模式增益競爭小的半導(dǎo)體光學放大器而不使用增益和兼容性更高的的摻館光纖放大器。另外，現(xiàn)有的光拍頻技術(shù)的光纖光柵傳感器的傳感兀件尚未有光纖光柵法布里-珀羅腔的直接運用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于雙波長拍頻技術(shù)的光纖光柵傳感解調(diào)裝置，克服現(xiàn)有傳感測量中激光器制造成本高的缺陷。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于雙波長拍頻技術(shù)的光纖光柵傳感解調(diào)裝置，其特征在于，包括光放大器、傳感元件、可調(diào)諧帶通濾波器、耦合器、光探測器和頻譜分析儀，所述傳感元件為基于光纖布拉格光柵制作的法布里-珀羅腔，所述可調(diào)諧帶通濾波器的工作波長與所述法布里-珀羅腔的反射波波長相同，工作帶寬大于Λ λ且小于2倍Δ λ，所述λ為所述法布里-珀羅腔的反射波波長，Δ λ為所述法布里-珀羅腔的光譜振蕩周期?？蛇x的，所述光放大器包括半導(dǎo)體光放大器或摻餌光纖放大器。這樣保證傳輸光在經(jīng)過所述可調(diào)諧帶通濾波器后，輸出具有雙峰或單峰的傳輸光。當光纖光柵F-P腔在外界影響下(如應(yīng)力、溫度等)，其結(jié)構(gòu)就會發(fā)生變化，進而改變光譜的頻譜位置，即在波長上發(fā)生漂移。由于帶通濾波器的工作波長及工作帶寬不會發(fā)生變化，所以通過濾波器的光譜也將會發(fā)生變化。通過帶通濾波器傳輸光用光探測器接收，并將信號進行拍頻(beatfrequency)。當拍頻的波長位于光柵光譜不同位置時，即當通過濾波器的光譜雙峰發(fā)生變化時，其拍頻出來的信號頻率也有的差別，這是因為不同波長的之間的間隔是不同的，A A會發(fā)生微小變化，即光纖布拉格光柵法布里-珀羅腔(FBG-FPF)的自由光譜范圍FSR從中心波長到兩邊逐漸減小，這樣就可以通過觀察拍頻信號頻率的改變來確定待測量的變化。 本發(fā)明的優(yōu)點是實現(xiàn)單縱?；蚨嗫v模環(huán)腔激光傳感器的解調(diào)，克服現(xiàn)有基于拍頻技術(shù)的傳感器的需要具有單縱模的特性的限制，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，有利于基于拍頻技術(shù)的傳感器的制造、應(yīng)用和推廣。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體說明。圖I為本發(fā)明的傳感系統(tǒng)示意圖。圖2為圖I的傳輸光頻譜變化示意圖。其中I-半導(dǎo)體光放大器SOA或摻餌光纖放大器EDFA，2-隔離器，3-光纖bragg光柵F-P腔，4-可調(diào)諧帶通濾波器，，5-偏振控制器PC，6-耦合器，7-光探測器H)，8-頻譜分析儀，9-控制電腦，10-可調(diào)諧濾波器光譜，Il-FBG-FPF部分透射光譜，12-變化后的FBG-FPF透射光譜，13-經(jīng)過可調(diào)諧濾波器后的光譜，14-變化后經(jīng)可調(diào)諧濾波器的光譜，15-變化前雙波長拍頻的頻譜圖，16-變化后雙波長拍頻的頻譜圖。
具體實施例方式如圖I所示，本發(fā)明的光纖傳感系統(tǒng)是基于一個環(huán)腔光纖激光器，半導(dǎo)體光放大器SOA或摻館光纖放大器EDFA I提供傳輸光增益,隔離器2的作用是確保光的單向傳輸，抑制不利噪聲，光纖光柵F-P腔濾波器(FBG-FPF) 3可以提供多個窄帶的帶通，由于帶通的帶寬是由FBG-FPF腔長決定的，所以適合制作合適參數(shù)的多帶通濾波器，除此之外，這里的FBG-FPF也作為傳感器的傳感元件，F(xiàn)BG-FPF形成振蕩多峰的光譜在經(jīng)過可調(diào)諧帶通濾波器4濾出雙峰，雙峰傳輸光在光纖環(huán)腔內(nèi)激射并在經(jīng)過耦合器6后輸出，輸出的激光由探測器ro接收，最后用頻譜分析儀8對拍頻信號進行分析?？刂齐娔X9用于調(diào)整調(diào)諧帶通濾波器4的工作帶寬。本發(fā)明的傳感原理則如圖2所示，在FBG-FPF在外界環(huán)境影響變化后，F(xiàn)BG-FPF的光譜11也會發(fā)生移動，變化后的FBG-FPF光譜12在經(jīng)過濾波器后的光譜14與變化前通過濾波器的光譜13相比,其自由光譜范圍(free spectral range FSR)將會發(fā)生微小的變化，輸出的激光雙峰間距也會發(fā)生變化，這樣也將會使得拍頻的頻譜頻率發(fā)生一定的漂移，就可以依據(jù)拍頻頻率的變化來標定待測環(huán)境因素的大小。
本發(fā)明研究證明，當輸出激光穩(wěn)定的情況下，多縱模雙波長激光的拍頻信號具有高斯分布的特性，這有利于標定拍頻信號中心頻率，通過拍頻信號中心頻率的變化來探測外界待測物理量的變化，即本發(fā)明可以實現(xiàn)單縱?；蚨嗫v模環(huán)腔激光傳感器的解調(diào)，克服現(xiàn)有基于拍頻技術(shù)的傳感器的需要具有單縱模的特性的限制。這樣，有利于基于拍頻技術(shù)的傳感器的制造、應(yīng)用和推廣。
最后所應(yīng)說明的是，以上具體實施方式
僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
1.一種基于雙波長拍頻技術(shù)的光纖光柵傳感解調(diào)裝置，其特征在于，包括光放大器、傳感元件、可調(diào)諧帶通濾波器、耦合器、光探測器和頻譜分析儀，所述傳感元件為基于光纖布拉格光柵制作的法布里-珀羅腔，所述可調(diào)諧帶通濾波器的工作波長與所述法布里-珀羅腔的反射波波長相同，所述可調(diào)諧帶通濾波器的工作帶寬大于A A且小于2倍A A，所述入為所述法布里-珀羅腔的反射波波長，A A為所述法布里-珀羅腔的光譜振蕩周期。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于雙波長拍頻技術(shù)的光纖光柵傳感解調(diào)裝置，其特征在于，所述光放大器包括半導(dǎo)體光放大器或摻餌光纖放大器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于雙波長拍頻技術(shù)的光纖傳感解調(diào)裝置，其特征在于，包括光放大器、傳感元件、可調(diào)諧帶通濾波器、耦合器、光探測器和頻譜分析儀，所述傳感元件為基于光纖布拉格光柵制作的法布里-珀羅腔，所述可調(diào)諧帶通濾波器的工作波長與所述法布里-珀羅腔的反射波波長相同，所述可調(diào)諧帶通濾波器的工作帶寬大于Δλ且小于2倍的Δλ，所述λ為所述法布里-珀羅腔的反射波波長，Δλ為所述法布里-珀羅腔的光譜振蕩周期。本發(fā)明的優(yōu)點是實現(xiàn)單縱?；蚨嗫v模環(huán)腔激光傳感器的解調(diào)，克服現(xiàn)有基于拍頻技術(shù)的傳感器的需要具有單縱模的特性的限制，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，有利于基于拍頻技術(shù)的傳感器的制造、應(yīng)用和推廣。
文檔編號G01D5/353GK102636203SQ201210132288
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月2日
發(fā)明者夏歷, 李樂成, 解振海 申請人:華中科技大學