[發明專利]一種用于光纖光柵傳感系統的外腔激光器裝置

無效

• 申請號: 200810047922.2
• 申請日: 2008-06-05
• 公開（公告）號: CN101304156A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發明（設計）人: 原輝;賴薇
• 申請（專利權）人: 原輝;賴薇
• 主分類號: H01S5/14
• 分類號: H01S5/14;H01S5/00
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所
• 代理人: 王敏鋒

技術領域

本發明涉及一種用于光纖光柵傳感系統的外腔激光器裝置。

背景技術

近年來，光纖光柵已成功地被用來對不同物理量進行傳感。其突出的優點是可復用性，光纖傳感網絡采用的復用技術包括時分復用、空分復用、波長和頻率復用及相干復用等。采用多個光纖光柵，可以構成分布式傳感網絡，實現多點檢測，這在智能和靈巧結構中有著重要的應用。相對于單光柵傳感系統，復用傳感系統具有性能價格比高、檢測范圍大等優點，引起了人們的廣泛關注。通過共享光源和電子處理部分，隨著系統中復用傳感器數目的增加，每個傳感器的花費將大大減少，這將增強光纖傳感器對傳統機電類傳感器的競爭力。這種復用光纖光柵傳感器在大型結構如水壩、橋梁、重要建筑和飛行器等的安全監測方面有著極為廣闊的應用前景。

光纖光柵傳感技術最關鍵的兩個方面是：光源和信號波長的查詢解調。在復用光纖光柵傳感系統中，一般采用的光源有：

1、光纖放大自發輻射寬帶光源(ASE光源)。與光纖光柵反射峰對應的有效功率一般為-15dBm至-25dBm左右，大部分譜功率都對系統沒有貢獻而浪費掉了。該光源目前只能覆蓋1550nm波段。

2、半導體超輻射發光二極管(SLED光源)。與ASE光源相比，SLED光源的功率要小；而且和ASE光源一樣，大部分譜功率沒有被利用。但是這種光源可以覆蓋更多波段，比如通信系統常用的850nm，1310nm波段及其它指定波段。

3、波長掃描激光器。這種光源輸出波長可以在一個波長范圍內重復掃描，有效功率高，但結構復雜，價格昂貴。一般用于比較大型的光纖光柵傳感系統或特殊的傳感場合。

在復用型和分布式的傳感系統中，由于光纖結點多，光纖線路損耗大，對光源有效功率的要求隨著傳感點的增加而不斷提高。如果功率太低，會影響傳感的復用數量和檢測的信噪比，也就增加了信號的解調處理難度。

發明內容

本發明的目的是為了適應市場對光纖光柵傳感系統光源提出的更高的要求，提供一種利用本地增益器件及遠處現場傳感點光纖光柵的高反射作用實現的外腔激光器裝置，使得激射的波長正好對應傳感光纖光柵的波長，不僅輸出功率高，而且輸出波長隨著光纖光柵波長變化而變化，正好能夠反映需要測量的物理量，結構簡單。

本發明的技術解決方案是：一種用于光纖光柵傳感系統的外腔激光器裝置，包括一個半導體光放大器SOA以及用于控制SOA的溫控及驅動的控制電路、一個法拉第旋轉全反射鏡、一個光纖耦合器；以及作為傳感元件的光纖光柵。半導體光放大器和法拉第旋轉全反射鏡組合為光源由輸出光纖輸出，法拉第旋轉全反射鏡為輸入光的一個反射面，同時將輸入光的偏振態旋轉90度后反射進半導體光放大器進行放大，補償半導體光放大器的偏振相關性，傳感點光纖光柵為另外一個反射面，與法拉第旋轉全反射鏡構成激光諧振腔；光纖耦合器連接半導體光放大器和光纖光柵，將部分光分出供解調儀進行分析。

本發明中的半導體光放大器SOA是一個針對光纖光柵工作波段提供寬帶增益的器件，是本外腔激光器裝置的增益介質部分，其溫控及驅動的控制電路保證SOA的正常工作，并能通過調節SOA的驅動電流實現輸出功率的調節。

本發明中的法拉第旋轉全反射鏡，也可以用光纖全反射鏡，或者光纖全反射鏡及偏振控制器代替。如果SOA提供的增益是高偏振相關的，則需要采用法拉第旋轉全反射鏡來實現SOA對不同偏振光的相同放大，如果SOA提供的增益是低偏振相關的話，可以只用光纖全反射鏡。

本發明中的光纖耦合器用于將SOA和光纖光柵連接起來形成諧振腔，同時分出一部分光作為輸出供解調儀分析。除了普通的光纖耦合器外，還可以采用薄膜型分光器，其優點在于可以減小腔內損耗，降低外腔激光器的閾值。

本發明的有益效果是：采用帶法拉第旋轉全反射鏡的SOA實現對不同偏振光的相同增益，可以消除由于長距離傳輸光纖中隨即擾動造成的偏振擾動對激光器諧振的影響。本發明的優點還在于，如果一根光纖上有多個不同波長的光纖光柵，如果它們的波長都在SOA的有效增益帶寬內，該外腔激光器裝置可以實現多個波長的同時激射，就是說可以同時檢測多個光纖光柵傳感點的狀態，實現波分復用傳感。本發明的優點還在于，它和現有傳感系統兼容，可以通過簡單的光源替換很容易地實現舊系統的升級。本發明提供的光源結合了前述現有光源的優點，不僅輸出有效功率高，而且結構簡單，成本比波長掃描激光器低，實用性強。可以直接取代目前光纖光柵傳感系統上的寬帶光源而不改變其它系統結構。

附圖說明

圖1是典型的光纖光柵傳感系統原理圖