本發(fā)明涉及光譜解調(diào)技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種用于梳狀光譜微小變化的高靈敏度快速解調(diào)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
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基于模式耦合、干涉效應(yīng)、環(huán)形諧振腔等技術(shù)原理的光纖傳感器，也稱為相位調(diào)制型光纖傳感器。其基本原理為光纖內(nèi)傳輸光的相位在被測物理量的影響下發(fā)生變化，從而使傳感器輸出的光譜發(fā)生偏移。檢測輸出光譜的偏移值，就可以獲得待測物理量的大小。由于相位調(diào)制型光纖傳感器輸出光譜均是周期性梳狀光譜，因此，研究梳狀光譜微小變化的快速解調(diào)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高靈敏度、高響應(yīng)速度的相位調(diào)制型光纖傳感技術(shù)的關(guān)鍵。

目前，梳狀光譜的解調(diào)技術(shù)主要可以分為兩大類。一種是采用光譜測量裝置(如光譜儀)直接測量光譜的偏移值，這種方法叫波長檢測法。波長檢測法光譜解調(diào)范圍寬，可達(dá)到上百nm，實(shí)現(xiàn)梳狀光譜的全范圍解調(diào)。但是，當(dāng)被測物理量變化較小時(shí)，所引起的傳感器輸出的梳狀光譜的偏移量也很小。此時(shí)檢測靈敏度會(huì)受到光譜儀本身的最高分辨率的限制。并且，由于光譜儀的波長解調(diào)速度較低(響應(yīng)速度最快至ms級)，難以捕捉光譜的快速變化，不適合較高頻率的瞬變信號檢測系統(tǒng)。此外，光譜儀等設(shè)備體積笨重，價(jià)格昂貴，不便于攜帶。

另一種方法是可調(diào)窄帶光源檢測法。當(dāng)周期性梳狀光譜發(fā)生變化時(shí)，梳狀波長附近的線性變化區(qū)域內(nèi)某固定波長處的光強(qiáng)同時(shí)也會(huì)發(fā)生改變。選定該波長為工作波長，探測該工作波長處光強(qiáng)的變化，就可以實(shí)現(xiàn)被測信號的 有效解調(diào)。由于梳狀光譜半帶寬窄，Q值較高，梳狀光譜微小波長的變化會(huì)引起較大的光功率變化。因此，采用該方法可實(shí)現(xiàn)微小信號的高靈敏度檢測。并且，該方法的檢測速度主要取決于光電探測器的響應(yīng)速度，最高可達(dá)到皮秒量級，可快速捕捉脈沖信號的變化。但是，該方法只能工作在梳狀光譜的線性區(qū)域內(nèi)，光譜解調(diào)范圍窄，尤其是傳感器輸出高Q值的周期光譜特征時(shí)，其線性區(qū)范圍只有幾十pm。此外，該方法需要可調(diào)諧的窄帶激光器作為探測源，成本高。針對不同的傳感器，線性區(qū)范圍不同，因此，需要預(yù)先調(diào)節(jié)探測源的工作波長，操作比較復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提供一種用于梳狀光譜微小變化的高靈敏度快速解調(diào)系統(tǒng)，解決了當(dāng)前梳狀光譜解調(diào)技術(shù)中存在的測量范圍與測量速度相互矛盾、難以同時(shí)提高的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種用于梳狀光譜微小變化的高靈敏度快速解調(diào)系統(tǒng)，包括三端口環(huán)行器、在所述三端口環(huán)行器的二端口處設(shè)有啁啾光柵、在所述三端口環(huán)行器的三端口處設(shè)有長周期光柵和與所述長周期光柵連接的相位調(diào)制型光纖傳感器；在所述長周期光柵旁設(shè)有能接收到光功率變換的光電探測器；所述光電探測器與信號處理采集顯示系統(tǒng)連接。

ASE寬帶光源輸出的光譜入射至所述三端口環(huán)形器中，經(jīng)過所述三端口環(huán)形器的一端口輸入，經(jīng)所述二端口輸出后進(jìn)入所述啁啾光柵；所述啁啾光柵的反射譜經(jīng)過所述三端口環(huán)形器的二端口輸入，經(jīng)所述三端口輸出后進(jìn)入所述長周期光柵。

選擇所述啁啾光柵的反射通帶范圍為梳狀光譜的一個(gè)光譜周期，同時(shí)其 帶通中心波長對準(zhǔn)所述相位調(diào)制型光纖傳感器待解調(diào)的梳狀譜中心波長。

選擇所述長周期光柵的透射譜的線性區(qū)域與所述啁啾光柵的反射通帶范圍一致，即對準(zhǔn)梳狀光譜的一個(gè)光譜周期，并且所述透射頻譜的中心波長對準(zhǔn)相位調(diào)制型光纖傳感器待解調(diào)的梳狀譜中心波長。

在所述相位調(diào)制型光纖傳感器處，當(dāng)輸出的所述梳狀光譜相位在被測信號影響下改變時(shí)，通過所述長周期光柵的光強(qiáng)就會(huì)發(fā)生變化，由于長周期光柵的透射率隨之改變，通過長周期光柵的光強(qiáng)就會(huì)發(fā)生變化；此時(shí)，由所述光電探測器探測到的光功率變化，就得到被測物理量的大小，實(shí)現(xiàn)梳狀光譜的高靈敏度快速解調(diào)。

所述ASE寬帶光源的光譜范圍為1510～1580nm，其輸出光功率最大30mW。

和最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果

1、本發(fā)明技術(shù)方案同時(shí)兼具波長檢測法和可調(diào)窄帶光源檢測法的優(yōu)點(diǎn)；

2、本發(fā)明技術(shù)方案不僅光譜解調(diào)范圍寬，而且解調(diào)速度高；

3、本發(fā)明技術(shù)方案采用高速光電探測器可達(dá)到皮秒量級，可快速捕捉被測物理信號的變化，解決了當(dāng)前梳狀光譜解調(diào)技術(shù)中存在的測量范圍與測量速度相互矛盾、難以同時(shí)提高的問題；

4、本發(fā)明技術(shù)方案結(jié)構(gòu)簡單、無昂貴儀器設(shè)備、成本低、易于便攜；

5、本發(fā)明技術(shù)方案實(shí)用化程度較高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例解調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例典型的梳狀光譜圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例長周期光柵透射譜圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

實(shí)施例1：

本例的發(fā)明提供一種用于梳狀光譜微小變化的高靈敏度快速解調(diào)系統(tǒng)，

如附圖1所示，所述系統(tǒng)的組成以及相關(guān)參數(shù)包括三端口環(huán)行器、在所述三端口環(huán)行器的二端口處設(shè)有啁啾光柵、在所述三端口環(huán)行器的三端口處設(shè)有長周期光柵和與所述長周期光柵連接的相位調(diào)制型光纖傳感器；在所述長周期光柵旁設(shè)有能接收到光功率變換的光電探測器；所述光電探測器與信號處理采集顯示系統(tǒng)連接。

ASE寬帶光源：光譜范圍1510～1580nm，輸出光功率最大30mW；啁啾光柵：反射光帶通范圍為1542-1557nm，反射率為90％；長周期光柵：透射譜線性區(qū)范圍為1542-1560nm，透射率90％；相位調(diào)制型光纖傳感器，光譜周期為15nm，待解調(diào)的梳狀譜中心波長為1550nm。

ASE寬帶光源輸出的光譜，入射至三端口環(huán)形器中，經(jīng)過環(huán)形器的一端口輸入，經(jīng)二端口輸出后進(jìn)入啁啾光柵。

啁啾光柵的作用是帶通反射濾波，相當(dāng)于一個(gè)帶通反射濾波器。為了避免梳狀光譜不同周期之間的相互干擾，選擇啁啾光柵反射通帶范圍為梳狀光譜的一個(gè)光譜周期，同時(shí)帶通中心波長對準(zhǔn)相位調(diào)制型光纖傳感器待解調(diào)的梳狀譜中心波長。典型的梳狀光譜如附圖2所示，啁啾光柵的反射譜經(jīng)過環(huán)形器二端口輸入，經(jīng)三端口輸出后進(jìn)入長周期光柵。

長周期光柵的作用是帶阻濾波，相當(dāng)于一個(gè)帶阻濾波器，其透射譜在透射峰值兩側(cè)各有一段近似線性區(qū)間，如附圖3所示，在這段區(qū)域內(nèi)，透射率 與工作波長成近似線性關(guān)系。選擇長周期光柵透射譜的線性區(qū)域與啁啾光柵的反射通帶范圍一致，即對準(zhǔn)梳狀光譜的一個(gè)光譜周期，并且中心波長對準(zhǔn)相位調(diào)制型光纖傳感器待解調(diào)的梳狀譜中心波長。

在相位調(diào)制型光纖傳感器處，當(dāng)輸出的梳狀光譜相位在被測信號影響下改變時(shí)，通過長周期光柵的光強(qiáng)就會(huì)發(fā)生變化，由于長周期光柵的透射率隨之改變，通過長周期光柵的光強(qiáng)就會(huì)發(fā)生變化。

此時(shí)，由高速光電探測器探測到的光功率變化，就可以得到被測物理量的大小，實(shí)現(xiàn)梳狀光譜的高靈敏度快速解調(diào)。

系統(tǒng)使用步驟

(1)根據(jù)相位調(diào)制型光纖傳感器輸出光譜的中心波長、光譜周期等參數(shù)確定啁啾光柵及長周期光柵的光譜帶寬與范圍，組建解調(diào)系統(tǒng)；

(2)打開ASE光源、信號處理及顯示系統(tǒng)；

(3)觀察并記錄光電探測器輸出值，獲得被測物理信號的大小。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員盡管參照上述實(shí)施例應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。