一種基于雙偏振光纖激光傳感器的拍頻信號雙路解調裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于光學頻譜測量以及物理傳感領域，涉及一種基于雙偏振光纖激光傳感器的拍頻信號雙路解調裝置，用于檢測微弱信號，包括輸出激光信號中心波長在1550nm波段附近的DBR光纖激光傳感器，波分復用器，980nm激光器，偏振分束器，三個偏振光控制器，中心波長為1550nm的窄線寬激光器，3dB耦合器，其中，由980nm激光器產生的激光通過波分復用器后進入DBR光纖激光傳感器，微弱信號作用在DBR光纖激光傳感器后產生的調制光信號，返回波分復用器，再經過光隔離器隔離輸出；調整第三偏振控制器3并結合偏振分束器使DBR光纖激光傳感器輸出的兩組正交偏振模式光學信號能量分離，由窄線寬激光器輸出的能量可調的窄線寬激光信號通過3dB耦合器產生能量接近的兩束參考光信號。本發(fā)明具有具有低成本，易解調可復用的優(yōu)勢。
【專利說明】一種基于雙偏振光纖激光傳感器的拍頻信號雙路解調裝置所屬【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于高分辨率光學頻譜測量分析及物理傳感領域，涉及一種解調裝置。
【背景技術】
[0002]光纖傳感技術因具有良好的抗電磁干擾能力，結構緊湊和易于復用等特性而得到了廣泛的應用。在已公開的光纖傳感技術專利中，大部分都是通過外界微弱信號(被測量)的作用對光纖傳感器中的光波強度，相位，偏振特性，波長造成影響從而傳感檢測并進行解調分析。光纖傳感系統(tǒng)主要分為傳感模塊和解調模塊，其中光纖傳感器主要包括波長編碼傳感器和偏振傳感器；解調方式大體分為強度調制，相位調制，波長調制，偏振調制和頻率調制。例如，專利CN102636203A公開了一種基于法布里一珀羅腔傳感核心的雙波長拍頻技術強度解調裝置，利用具有高斯分布特性的拍頻信號來標定中心頻率，降低了對單縱模激光傳感器選型的嚴格要求。CN102706273A公開了一種基于外差干涉信號的相位解調方法，采用自參考鎖相環(huán)動態(tài)跟蹤降頻和基于FPGA的數(shù)字相位測量技術實現(xiàn)激光外差干涉信號的相位解調。CN102322880A公布了一種偏振敏感的分布式光頻域反射擾動傳感裝置，基于光纖分布式波片模型的瓊斯和穆勒矩陣的偏振計算方法實現(xiàn)傳感光纜中偏振信息提取。CN103048631A發(fā)明了一種基于光纖光柵激光器的磁場傳感器的偏振測量方法,光纖光柵激光腔內部線性雙折射協(xié)同待測磁場圓雙折射產生橢圓雙折射強度的偏振特性，通過已測得拍頻信號推算待測磁場強度CN102778324A發(fā)明了一種基于正交雙偏振光纖激光器的液壓傳感器，通過對光纖激光器內置施加側向作用力的增敏構件構成一種基于頻率調制的新型傳感器，檢測拍頻信號的變化來實現(xiàn)對液壓的測量。
[0003]以上提及的光纖傳感專利，通過采用數(shù)學模型分析或是改良傳感器性能的方式來檢測光波參數(shù)的變化，普遍具有精度低，結構復雜，能量傳輸浪費，解調設備成本昂貴等問題。同時針對幅值小或是對光纖結構產生各向同性影響的微弱信號，難以檢測解調。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術的上述不足，提供一種對外界微弱信號檢測具有較高靈敏度、可以有效地完成外界微弱信號作用引起的拍頻信號變化的雙路解調測量的拍頻信號雙路解調裝置。本發(fā)明基于具有穩(wěn)定單縱模特性輸出的光纖激光傳感器結合窄線寬激光器構建傳感解調系統(tǒng)，通過對單縱模內的兩組正交偏振模式信號有效地進行模式分離，優(yōu)化能量利用率和解調精度，操作原理設備簡單，可以出色地完成基于光纖傳感的外界微弱信號檢測，完成微弱信號作用下產生拍頻信號變化的雙路解調測量。本發(fā)明的技術方案如下:
[0005]一種解調測量裝置，用于檢測微弱信號，包括輸出激光信號中心波長在1550nm波段附近的DBR光纖激光傳感器,波分復用器，980nm激光器,偏振分束器，第一偏振光控制器，第二偏振光控制器，第三偏振光控制器，中心波長為1550nm的窄線寬激光器,3dB f禹合器，其中，[0006]由980nm激光器產生的激光通過波分復用器后進入DBR光纖激光傳感器，微弱信號作用在DBR光纖激光傳感器后，使其內部結構發(fā)生不定改變，從而改變其內部雙折射特性，由DBR光纖激光傳感器進行能量轉換產生的帶有待測微弱信號調制信息的光信號，返回波分復用器，再經過光隔離器隔離輸出；
[0007]調整第三偏振控制器3并結合偏振分束器使DBR光纖激光傳感器輸出的兩組正交偏振模式光學信號能量分離，設其中一組為X偏振模式光信號，另一組為Y偏振模式光信號;
[0008]由窄線寬激光器輸出的能量可調的窄線寬激光信號通過3dB耦合器產生能量接近的兩束參考光信號，分別為參考激光信號X和參考激光信號Y ；
[0009]參考激光信號X與對應的X偏振模式光信號輸入一臂光路中，參考激光信號Y與對應的Y偏振模式光信號，輸入另一臂光路中，通過調整第一偏振控制器分配來自參考激光信號X和X偏振模式光信號的信號能量，并通過第一光電轉換器后完成光學信號到電學信號的轉變，產生能量顯著，易于檢測的第一組拍頻信號；通過調整第二偏振控制器分配來自參考激光信號Y和Y偏振模式光信號的信號能量，通過第二光電轉換器后完成光學信號到電學信號的轉變，產生能量顯著，易于檢測的第二組拍頻信號。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
[0011]現(xiàn)有的光纖雙偏振激光傳感器解調方式中，大體上都是基于光纖結構受外力影響產生內部雙折射變化，從而影響單縱模光纖傳感器內兩組正交偏振模式光學信號各自中心波長在光學頻域的位置，通過產生的拍頻信號變化從而還原外界微弱信號的作用情況。對應各異的外界微弱信號作用，光纖傳感器結構可能會產生各向異性或是各向同性的變化，各向異性造成兩組正交偏振模式光學信號波長彼此遠離產生易于檢測的拍頻信號。而當光纖結構產生各向同性變化時，兩組光學波長同向移動且變化幅值相近時產生的拍頻信號因無法達到光學頻譜分析儀的最小分辨率需求難以檢測，降低解調精度，甚至容易被人們忽略。本發(fā)明選用發(fā)展成熟且性能穩(wěn)定的直腔光纖作為傳感元件，確保光纖傳感器的單縱模穩(wěn)定輸出。其單縱模內部僅存的兩組正交偏振模式光學信號受到微弱信號作用后中心波長產生變化，通過偏振分束器將兩組偏振模式光學信號進行有效分離后各自進入一臂光路，引入具有固定中心波長，能量可調的窄線寬激光信號分別耦合到已分離的兩組偏振模式光路中進行拍頻，通過檢測兩組射頻領域內的拍頻信號輸出特性，可以還原在外界微弱信號作用下，對兩組正交偏振模式的中心波長移動方向及幅度造成的影響，還原微弱信號的具體信息。本發(fā)明具有結構簡單，集成度和能量利用率高等特性，無需復雜的模型分析以及傳感器性能改良，尤其針對微弱信號(如溫度，軸向應力，45度側壓力)引入后對光纖內部雙折射造成影響產生細微變化以及對光纖結構造成各向同性變化的作用，克服拍頻信號變化過小不易檢測的缺點，有效地實現(xiàn)高靈敏度檢測識別。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]附圖1為基于雙偏振光纖激光傳感器拍頻信號雙路解調測量裝置系統(tǒng)框圖。
[0013]其中選用980nm激光器作為泵浦光源提供激勵，通過DBR光纖傳感器感測外界微弱信號作用，結合調制解調光路以及電路系統(tǒng)，針對微弱信號作用對拍頻信號變化的影響進行檢測。[0014]附圖2為光纖傳感器結構示意圖。傳感光纖為直腔光纖，具有高反射率和低反射率一對光柵結構，可確保能量穩(wěn)定的激光具有單縱模輸出特性。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖實例對本發(fā)明做進一步說明。
[0016]參見圖1和圖2，本發(fā)明中提及的光纖傳感解調系統(tǒng)主要是基于DBR(分布布拉格反射式，下同)光纖激光傳感器。在微弱信號(如溫度，軸向應力，45度側壓力等)作用在DBR光纖激光傳感器的前提下，DBR光纖激光傳感器內部結構發(fā)生不定變化引起雙折射改變，980nm激光器通過一個波分復用器(980/1550nm)后進入DBR光纖激光傳感器。DBR光纖激光傳感器內的一組光纖光柵完成能量轉換產生1550nm波長附近且具有微弱信號調制信息的待測信號，以具有不同中心波長的兩組偏振模式光學信號形態(tài)輸出，從DBR光纖激光傳感器的左側輸出返回波分復用器的右端口后通過光隔離器，光隔離器具有良好的隔離效果只允許激光信號單向通過。調整偏振控制器3并結合偏振分束器對DBR光纖激光傳感器輸出的兩組正交偏振模式光學信號進行有效的能量分離。假定含有微弱信號待測信息的兩組正交偏振模式分離后產生的分別為X偏振模式光信號和Y偏振模式光信號。鑒于對X偏振模式光信號和Y偏振模式光信號米用同樣的對稱解調方式，僅介紹對X偏振模式光信號的解調方法。窄線寬激光器產生能量可調，具有固定中心波長窄線寬激光信號輸出，通過3dB耦合器產生能量接近的兩束參考光信號分別為參考激光信號X和參考激光信號Y，二者進入后續(xù)各自的光路中。以參考激光信號X為例，參考激光信號X作為具有固定中心波長且能量可調的參考激光信號，與X偏振模式光信號在光路中進行拍頻，通過偏振控制器I控制各自的能量避免模式競爭。輸出的光學信號通過光電轉換器I轉換為電學信號在頻譜分析儀I中輸出顯示。頻譜分析儀I中產生的電學信號和窄線寬激光器引入的光學參考信號都是已知，可以求解還原受到微弱信號作用后的X偏振模式光信號的中心頻率。同理，可以求出受到微弱信號作用后的Y偏振模式光信號的中心頻率，重新構建拍頻信號輸出與外界微弱信號變化的對應關系，通過新型的拍頻信號雙路解調技術及裝置實現(xiàn)對微弱信號的高效實時測量。
【權利要求】
1.一種基于雙偏振光纖激光傳感器的拍頻信號雙路解調裝置，用于檢測微弱信號，包括輸出激光信號中心波長在1550nm波段附近的DBR光纖激光傳感器，波分復用器，980nm激光器，偏振分束器，第一偏振光控制器，第二偏振光控制器，第三偏振光控制器，中心波長為1550nm的窄線寬激光器，3dB耦合器，其中， 由980nm激光器產生的激光通過波分復用器后進入DBR光纖激光傳感器，微弱信號作用在DBR光纖激光傳感器后，使其內部結構發(fā)生不定改變，從而改變其內部雙折射特性，由DBR光纖激光傳感器進行能量轉換產生的帶有待測微弱信號調制信息的光信號，返回波分復用器，再經過光隔離器隔離輸出； 調整第三偏振控制器3并結合偏振分束器使DBR光纖激光傳感器輸出的兩組正交偏振模式光學信號能量分離，設其中一組為X偏振模式光信號，另一組為Y偏振模式光信號；由窄線寬激光器輸出的能量可調的窄線寬激光信號通過3dB耦合器產生能量接近的兩束參考光信號，分別為參考激光信號X和參考激光信號Y ； 參考激光信號X與對應的X偏振模式光信號輸入一臂光路中，參考激光信號Y與對應的Y偏振模式光信號，輸入另一臂光路中，通過調整第一偏振控制器分配來自參考激光信號X和X偏振模式光信號的信號能量，并通過第一光電轉換器后完成光學信號到電學信號的轉變，產生能量顯著，易于檢測的第一組拍頻信號；通過調整第二偏振控制器分配來自參考激光信號Y和Y偏振模式光信號的信號能量，通過第二光電轉換器后完成光學信號到電學信號的轉變，產生能量顯著，易于檢測的第二組拍頻信號。
【文檔編號】G01D5/353GK103983289SQ201410198082
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月9日 優(yōu)先權日:2014年5月9日
【發(fā)明者】高靖宜, 呂辰剛, 王晗 申請人:天津大學