專利名稱：分布反饋式光纖激光器傳感系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種分布反饋式光纖激光器傳感系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
分布反饋式(distributed feedback,簡稱DFB)光纖激光器具有窄線寬、低噪聲、尺寸小、與光纖兼容等優(yōu)點，已廣泛的用于光學(xué)測量、光纖通信和光纖傳感等領(lǐng)域。 DFB光纖激光器在傳感應(yīng)用中，經(jīng)常使用半導(dǎo)體激光器經(jīng)波分復(fù)用器(WDM)，通過一段長的傳輸光纖，依次泵浦多個具有不同波長的有源相移光柵，形成DFB光纖激光器陣列。其中每個DFB光纖激光器面臨多個不同類型的反射，如具有確定相位的WDM回波反射、具有平均統(tǒng)計特性的傳輸光纖背向瑞利散射和具有分布式相位的相移光柵旁瓣反射等。當(dāng)無/弱反射時，DFB光纖激光器保持其單頻的特性，而當(dāng)強反射時，DFB光纖激光器將存在雙頻或多頻的可能，不同頻率之間存在跳變，破壞了 DFB光纖激光器的輸出穩(wěn)定性。強反射時若將DFB光纖激光器用于傳感單元，將會得到很多“偽信號”，對目標(biāo)形成誤判，使傳感器失靈。為了降低旁瓣反射和瑞利散射噪聲，澳大利亞的Tikhomirov, Alexei和Foster,Scott提出對光柵進行復(fù)合的相位和幅度切趾的方法將旁瓣反射降低了 25-30dB ;新加坡的Z. H. Chen等人采用在泵浦端引入彎曲損耗的方式來抑制瑞利散射對DFB光纖激光傳感器的影響，將傳感距離增加到2. Ikm ;中科院半導(dǎo)體所的Y. F. Wu等人分析了器件反射、瑞利散射和相干瑞利散射對DFB光纖激光器的影響，提出通過添加隔離器來消除尾纖的相干瑞利散射的影響。這些方法都是降低了外界光反射對單個光纖激光器的影響，而對分布反饋光纖激光器陣列來講作用并不是很大。在實際應(yīng)用中，尤其是長距離光纖傳感系統(tǒng)中，單獨采用上述方法其中之一已不能滿足應(yīng)用要求，需要合理設(shè)計光路結(jié)構(gòu)，融合各種方法來降低旁瓣反射和瑞利散射的影響，達到增強系統(tǒng)探測能力、降低成本的目的。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題為解決上述的一個或多個問題，本發(fā)明提供了一種分布反饋式光纖激光器傳感系統(tǒng)，以降低旁瓣反射和瑞利散射對光纖激光傳感器的影響。( 二 )技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種分布反饋式光纖激光器傳感系統(tǒng)，包括泵浦激光源，用于產(chǎn)生泵浦激光；總波分復(fù)用器，其第一波長端連接至泵浦激光源，用于將泵浦激光源產(chǎn)生的泵浦激光傳輸至光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，并將光纖傳感網(wǎng)絡(luò)受激產(chǎn)生的信號激光傳輸至解調(diào)系統(tǒng)；光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，其前端連接至總波分復(fù)用器的公共端，包括多級的傳感單元，對于該多級的傳感單元中的至少一級傳感單元，包括前端波分復(fù)用器、光纖激光器、光單向隔離器和后端波分復(fù)用器，其中前端波分復(fù)用器、光纖激光器和后端波分復(fù)用器構(gòu)成泵浦激光的傳輸通道；后端波分復(fù)用器、光隔離器和前端波分復(fù)用器構(gòu)成后續(xù)級傳感單元產(chǎn)生的信號激光的傳輸通道；解調(diào)系統(tǒng)，與總波分復(fù)用器的第二波長端相連接，用于從由多個傳感單元中光纖激光器分別產(chǎn)生的信號激光中解調(diào)出光纖傳感網(wǎng)絡(luò)中各光纖激光器的周圍環(huán)境物理量。(三)有益效果 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明分布反饋式光纖激光器傳感系統(tǒng)具有以下有益效果(I)通過在光纖激光器之間增加光單向隔離器，使其他光纖激光器的信號激光通過隔離器傳播，而不通過本級的光纖激光器，降低了相鄰光纖激光器之間旁瓣反射的影響；(2)通過在光纖激光器之間增加光單向隔離器和后端波分復(fù)用器，阻止了傳輸光 纖中的瑞利散射光通過激光器，降低了光路中瑞利散射的影響；(3)該系統(tǒng)原理清晰，簡單實用，適合于高泵浦功率長距離傳感網(wǎng)路，易于推廣應(yīng)用。


圖I為本發(fā)明實施例分布反饋光纖激光傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。且在附圖中，以簡化或是方便標(biāo)示。再者，附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。在本發(fā)明的一個示例性實施例中，提出了一種分布反饋式光纖激光器傳感系統(tǒng)。如圖I所示，該分布反饋式光纖激光器傳感系統(tǒng)，包括泵浦激光源I、總波分復(fù)用器2、光纖傳感網(wǎng)絡(luò)和解調(diào)系統(tǒng)5。以下分別對各個部分進行詳細(xì)說明。如圖I所示，泵浦激光源I用于產(chǎn)生泵浦激光。如圖I所示，總波分復(fù)用器2的第一波長端連接至泵浦激光源1，其第二波長端連接至解調(diào)系統(tǒng)5，其公共端連接至光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，用于將泵浦激光源I產(chǎn)生的泵浦激光傳輸至光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，并將光纖傳感網(wǎng)絡(luò)受激產(chǎn)生的信號激光傳輸至解調(diào)系統(tǒng)5。如圖I所示，光纖傳感網(wǎng)絡(luò)的前端連接至總波分復(fù)用器2的公共端，包括N級的傳感單元(3、4、5、……)，對于N級傳感單元中的至少一個傳感單元，包括前端波分復(fù)用器
(3a、4a、5a、......)、光纖激光器(3b、4b、5b、......)、光單向隔離器(3d、4d、5d、......)和后
端波分復(fù)用器(3c、4c、5c、……)，其中前端波分復(fù)用器、光纖激光器和后端波分復(fù)用器構(gòu)成泵浦激光的傳輸通道；后端波分復(fù)用器、光隔離器和前端波分復(fù)用器構(gòu)成信號激光的傳輸通道。
其中，前端波分復(fù)用器的公共端連接至上一級傳感單元的后端波分復(fù)用器，用于將泵浦激光傳輸至本級的光纖激光器，并將當(dāng)前級光纖激光器泵浦的波長為X1的信號激光傳輸至上一級光纖激光傳感器的后端波分復(fù)用器。其中，光纖激光器的前端連接至前端波分復(fù)用器的正向輸出端，用于利用泵浦激光泵浦產(chǎn)生與該光纖激光器周圍環(huán)境物理量相關(guān)的波長為X1的信號激光。其中，光單向隔離器的輸入端與后端波分復(fù)用器的第二波長端相連接，其輸出端與前端波分復(fù)用器的第二波長端相連接，用于將后續(xù)級傳感單元的光纖激光器產(chǎn)生的信號激光傳輸至前端波分復(fù)用器，從而降低了后續(xù)級信號激光的旁瓣反射對該級光纖激光器的影響。其中，后端波分復(fù)用器，其第一波長端連接至所述光纖激光器，其第二波長端連接至光單向隔離器的輸入端，其公共端連接至下一級傳感單元，用于隔離傳輸光纖的瑞利散射光對當(dāng)前級光纖激光器的影響。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，本發(fā)明光纖激光器傳感系統(tǒng)所能夠包含的激光傳感器的個數(shù)與半導(dǎo)體激光器的輸出功率有關(guān)。一般情況下，N大于等于3小于等于10。優(yōu)選的，N = 5或6。此外，第一級傳感單元和最后一級傳感單元的設(shè)置方式第一級傳感單元中前端波分復(fù)用器的公共端連接至總波分復(fù)用器的公共端。最后一級傳感單元中后端波分復(fù)用器和光隔離器可以省略。如圖I所示，解調(diào)系統(tǒng)5與總波分復(fù)用器2的第二波長端相連接，用于從多束的信號激光(X1, λ 2, ......，λ H，λ Ν,)中分別解調(diào)出各光纖器傳感單兀的周圍環(huán)境物理量。為了控制整套系統(tǒng)的成本，泵浦激光源采用半導(dǎo)體激光器，而泵浦激光采用波長為980nm的泵浦激光，采用波長為1530nm 1550nm的信號激光，而波分復(fù)用器、半導(dǎo)體激光器和光纖激光器與該泵浦激光和信號激光相匹配。當(dāng)然，也可以采用波長為1480nm的泵浦激光，同時采用波長為1530nm 1550nm的信號激光，此時，也需要采用相應(yīng)的波分復(fù)用器、半導(dǎo)體激光器和光纖激光器，即對于總波分復(fù)用器，其第一波長端為980端，其第二波長端為1550端；對于前端波分復(fù)用器,其第一波長端為980端,其第二波長端為1550端；對于后端波分復(fù)用器，其第一波長端為980端,其第二波長端為1550端。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種分布反饋式光纖激光器傳感系統(tǒng),包括 泵浦激光源，用于產(chǎn)生泵浦激光； 總波分復(fù)用器，其第一波長端連接至所述泵浦激光源，用于將所述泵浦激光源產(chǎn)生的泵浦激光傳輸至光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，并將光纖傳感網(wǎng)絡(luò)受激產(chǎn)生的信號激光傳輸至解調(diào)系統(tǒng)；光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，其前端連接至所述總波分復(fù)用器的公共端，包括多級的傳感單元，對于該多級的傳感單元中的至少一級傳感單元，包括前端波分復(fù)用器、光纖激光器、光單向隔離器和后端波分復(fù)用器，其中所述前端波分復(fù)用器、光纖激光器和后端波分復(fù)用器構(gòu)成泵浦激光的傳輸通道；所述后端波分復(fù)用器、光隔離器和前端波分復(fù)用器構(gòu)成后續(xù)級傳感單元產(chǎn)生的信號激光的傳輸通道； 解調(diào)系統(tǒng)，與所述總波分復(fù)用器的第二波長端相連接，用于從由多個傳感單元中光纖激光器分別產(chǎn)生的信號激光中解調(diào)出光纖傳感網(wǎng)絡(luò)中各光纖激光器的周圍環(huán)境物理量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布反饋式光纖激光器傳感系統(tǒng)，其中，所述光纖傳感網(wǎng)絡(luò)包括N級的傳感單元，對于所述多級傳感單元中的第I級傳感單元 所述前端波分復(fù)用器，其公共端連接至上一級傳感單元的后端波分復(fù)用器，用于將泵浦激光傳輸至本級的光纖激光器，并將當(dāng)前級光纖激光器泵浦的信號激光傳輸至上一級光纖激光傳感器的后端波分復(fù)用器； 所述光纖激光器，其前端連接至所述前端波分復(fù)用器的第一波長端，用于利用泵浦激光泵浦產(chǎn)生與該光纖激光器周圍環(huán)境物理量相關(guān)的信號激光； 所述光單向隔離器，其輸入端與所述后端波分復(fù)用器的第二波長端相連接，其輸出端與前端波分復(fù)用器的第二波長端相連接，用于將后續(xù)級傳感單元的光纖激光器產(chǎn)生的信號激光傳輸至前端波分復(fù)用器； 所述后端波分復(fù)用器，其第一波長端連接至所述光纖激光器，其公共端連接至下一級傳感單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分布反饋式光纖激光器傳感系統(tǒng)，其中，所述多級傳感單元中 最后一級傳感單元包括所述的前端波分復(fù)用器和光纖激光器； 除所述最后一級傳感單元外的N-I級傳感單元均包含所述的前端波分復(fù)用器、光纖激光器、光單向隔離器和后端波分復(fù)用器，其中，第一級傳感單元的前端波分復(fù)用器的公共端連接至總波分復(fù)用器的公共端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分布反饋式光纖激光器傳感系統(tǒng)，其中，所述3< N < 10。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分布反饋式光纖激光器傳感系統(tǒng)，其中，所述N= 5或6。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項所述的分布反饋式光纖激光器傳感系統(tǒng)，其中，所述泵浦激光的波長為1480nm，所述信號激光的波長介于1530nm 1550nm之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項所述的分布反饋式光纖激光器傳感系統(tǒng)，其中，所述泵浦激光的波長為980nm，所述信號激光的波長介于1530nm 1550nm之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的分布反饋式光纖激光器傳感系統(tǒng)，其中， 對于所述總波分復(fù)用器，其第一波長端為其980端，其第二波長端為其1550端； 對于所述前端波分復(fù)用器和所述后端波分復(fù)用器，其第一波長端為980端，其第二波長端為1550端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分布反饋式光纖激光器傳感系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，對光纖傳感網(wǎng)絡(luò)中的每個光纖激光器采用隔離器和波分復(fù)用器進行單獨隔離，具有不同波長的激光并不沿其它光纖激光器經(jīng)過，這將會有效防止旁瓣發(fā)射以及傳輸光纖瑞利散射的影響。
文檔編號G01D5/353GK102829810SQ20121029859
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月21日
發(fā)明者徐團偉, 任梅珍, 李芳 , 劉育梁 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所