[發明專利]一種雙方向雙波長同時激射的光纖布里淵激光器

有效

• 申請號: 200910076870.6
• 申請日: 2009-01-23
• 公開（公告）號: CN101483315A
• 公開（公告）日: 2009-07-15
• 發明（設計）人: 張巍;黃儼;馮雪;黃翊東;彭江得
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01S3/30
• 分類號: H01S3/30;H01S3/067;H01S3/0941
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司
• 代理人: 張國良

技術領域

本發明涉及光纖傳感技術領域，特別涉及一種應用在光纖激光陀螺儀和光纖溫度應力傳感的雙方向，雙波長同時激射的光纖布里淵激光器。

背景技術

受激布里淵散射(Stimulated?Brillouin?Scattering，SBS)是一種光學非線性過程，當入射的泵浦光功率達到產生SBS的閾值時，泵浦波通過電致伸縮產生聲波，導致介質折射率的周期性調制形成折射率光柵，光柵的布拉格衍射作用使得大部分的輸入泵浦光功率將轉為頻率降低的背向散射斯托克斯波功率，在此過程中，泵浦波、背向散射斯托克斯波和聲波滿足能量守恒和動量守恒條件，使得斯托克斯波的頻移與聲波傳播速度有關，由于不同介質中聲波傳播速度有差異，背向斯托克斯波的頻移將會因不同介質而發生變化。SBS在光纖傳感、光纖放大器、聲光相互作用器件等領域有重要應用。

通過將光纖置于諧振腔內，利用光纖的布里淵增益可以構成光纖布里淵激光器，其由于閾值低、線寬窄、增益方向敏感、斯托克斯波頻移在微波頻率量級等特點而被廣泛應用于超窄線寬激光器、微波技術和光纖激光陀螺等領域。

光纖布里淵激光器的重要應用之一是布里淵光纖激光陀螺儀(Brillouin?Fiber?Optical?Gyroscope，BFOG)，它的原理示意圖如圖1所示。光纖與光纖耦合裝置構成光纖環形腔。同一波長的兩束窄線寬泵浦激光從光纖耦合裝置的1，2兩端口注入光纖環形腔，分別在順時針方向和逆時針方向產生單模布里淵激光激射。順時針和逆時針布里淵激光分別從光纖耦合裝置1，2端口輸出。當布里淵激光器存在轉動角速度時，基于薩格奈克(Sagnac)效應，腔內沿順時針和逆時針傳播的兩束激光會產生頻差。通過測量兩束激光的頻差可以獲得布里淵激光器角速度的大小。制約BFOG性能的重要問題之一是BFOG中存在“閉鎖”現象，即當角速度小于一定的閾值時，順時針和逆時針的激光由于相互耦合頻率變得相同，不再能通過頻差的測量得到角速度的大小。閉鎖效應使得BFOG的角速度傳感出現死區，測量的范圍縮小，降低了測量精度。

目前已經提出的消除閉鎖現象的方法包括：(1)引入機械抖動產生頻率偏置消除閉鎖效應；(2)對兩束泵浦光進行移頻，使得它們具備不同的頻率，從而使產生的順時針和逆時針布里淵激光具有頻率偏置，進而消除閉鎖效應；(3)采用兩個不同頻率的泵浦源實現順時針和逆時針布里淵激光的頻率偏置，進而消除閉鎖效應。前兩種方法需要額外的機械裝置或調制器等附加設備，使整個系統復雜龐大；第三種方法對兩個泵浦光源的波長穩定性要求極高，大大增加了系統成本。

發明內容

本發明的目的是提供一種波長穩定、結構簡潔緊湊且成本較低的、能夠消除閉鎖現象的雙方向、雙波長同時激射的光纖布里淵激光器。

為實現上述目的，本發明的雙方向雙波長同時激射的光纖布里淵激光器包括：第一光纖1，集總損耗器件3，第二光纖2，耦合裝置4，所述耦合裝置4具有第一端口5，第二端口6，第三端口7，第四端口8；其中，所述第一光纖的一端與所述第四端口(8)連接，其另一端與所述集總損耗器件(3)的一端連接；所述第二光纖的一端與第三端口(7)連接，其另一端與所述集總損耗器件(3)的另一端連接，以構成一環形腔。

進一步地，所述第一光纖1和第二光纖2具有不同的布里淵頻移特性；

進一步地，L₁/L₂≈g₂/g₁，其中，L₁，L₂分別為第一光纖1和第二光纖2的長度，g₁，g₂分別為第一光纖1和第二光纖2的峰值布里淵增益系數；

進一步地，由所述耦合裝置的第一端口5入射的泵浦光首先進入第二光纖2，經集總損耗器件3后進入第一光纖1，由第一端口5輸出激射的順時針傳播布里淵斯托克斯波；由所述耦合裝置的第二端口6入射的泵浦光首先進入第一光纖1，經集總損耗器件3后進入第二光纖2，由第二端口6輸出激射的逆時針傳播布里淵斯托克斯波；

進一步地，所述由所述耦合裝置的第一端口5入射的泵浦光和所述由所述耦合裝置的第二端口6入射的泵浦光具有相同的波長；

進一步地，所述由第一端口5和第二端口6輸出的激射的布里淵斯托克斯波具有不同的斯托克斯頻移量。