[發(fā)明專利]正交偏振光纖光柵矢量扭轉(zhuǎn)傳感裝置及其檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210525798.2
• 申請日: 2012-12-06
• 公開（公告）號: CN103017687A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭團(tuán);關(guān)柏鷗;尚立斌;劉甫
• 申請（專利權(quán)）人: 暨南大學(xué)
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 楊曉松

1.正交偏振光纖光柵矢量扭轉(zhuǎn)傳感裝置，其特征在于：包括VCSEL光源（1）、偏振處理單元、傳感探頭、正交偏振解調(diào)處理單元以及光纖環(huán)形器/耦合器（2），所述偏振處理單元、傳感探頭和正交偏振解調(diào)處理單元通過光纖環(huán)形器/耦合器（2）連接；其中，

所述偏振處理單元包括起偏器（3）和偏振控制器（4），所述VCSEL光源（1）、起偏器（3）和偏振控制器（4）依次連接；

所述傳感探頭包括單模光纖（5）、可扭轉(zhuǎn)作用于單模光纖（5）的光纖扭轉(zhuǎn)器（6）以及一端固定于光纖扭轉(zhuǎn)器（6）且另一端懸空的保偏光纖探頭（7），所述保偏光纖探頭（7）包括保偏光纖（8）和寫制于保偏光纖（8）內(nèi)的保偏光纖光柵（9），所述單模光纖（5）與保偏光纖（8）纖芯準(zhǔn)直熔接，在單模光纖（5）與保偏光纖（8）熔接處形成的單模-保偏光纖熔接點(diǎn)（10）位于保偏光纖光柵（9）前端；

所述正交偏振解調(diào)處理單元包括偏振分束器（11）、第一光強(qiáng)探測器（12）、第二光強(qiáng)探測器（13）以及矢量分析模塊（14），所述第一光強(qiáng)探測器（10）和第二光強(qiáng)探測器（11）分別與偏振分束器（11）的輸出端連接，所述第一光強(qiáng)探測器（10）和第二光強(qiáng)探測器（11）還分別與矢量分析模塊（14）連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交偏振光纖光柵矢量扭轉(zhuǎn)傳感裝置及其檢測方法，其特征在于：所述VCSEL光源（1）通過電流驅(qū)動，其輸出光譜帶寬為1~2nm，輸出光譜中心波長與保偏光纖光柵（9）纖芯模波長匹配。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交偏振光纖光柵矢量扭轉(zhuǎn)傳感裝置及其檢測方法，其特征在于：所述光纖扭轉(zhuǎn)器（6）為一個均質(zhì)、對稱、各向同性且橫截面是同心圓的空心彈性體，其采用合金的材質(zhì)制成。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的正交偏振光纖光柵矢量扭轉(zhuǎn)傳感裝置及其檢測方法，其特征在于：所述光纖扭轉(zhuǎn)器（6）與保偏光纖探頭（7）固定的一端為扭轉(zhuǎn)端，其采用合金的彈性材料制成。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的正交偏振光纖光柵矢量扭轉(zhuǎn)傳感裝置及其檢測方法，其特征在于：所述光纖扭轉(zhuǎn)器（6）與單模-保偏光纖熔接點(diǎn)（10）之間的間距小于5mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的正交偏振光纖光柵矢量扭轉(zhuǎn)傳感裝置及其檢測方法，其特征在于：所述單模-保偏光纖熔接點(diǎn)（10）與保偏光纖光柵（9）之間的間距小于2mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的正交偏振光纖光柵矢量扭轉(zhuǎn)傳感裝置及其檢測方法，其特征在于：所述保偏光纖光柵（9）為保偏光纖布拉格光柵，其長度小于10mm。

8.基于權(quán)利要求1所述扭轉(zhuǎn)傳感裝置的檢測方法，其特征在于包括以下步驟：

1）電流驅(qū)動VCSEL光源（1）輸出入射光，入射光經(jīng)過起偏器（3）轉(zhuǎn)變成偏振光，由偏振控制器對偏振光的偏振方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，使偏振光的偏振方向與保偏光纖偏振方向相一致；

2）偏振光通過光纖環(huán)形器/耦合器（2）到達(dá)單模光纖（5）內(nèi)，再經(jīng)過保偏光纖光柵（9）纖芯模反射，形成具有兩個相互正交的偏振態(tài)的反射偏振光，傳輸回單模光纖（5），再次進(jìn)入光纖環(huán)形器/耦合器（2），然后輸出至正交偏振解調(diào)處理單元，由偏振分束器（11）將偏振光的兩個偏振態(tài)的正交分量分開，通過第一光強(qiáng)探測器（12）和第二光強(qiáng)探測器（13）分別探測偏振光的兩個偏振態(tài)的反射能量強(qiáng)度；

3）此時，光纖扭轉(zhuǎn)器（6）扭轉(zhuǎn)作用于單模光纖（5），使單模光纖（5）的扭轉(zhuǎn)角度發(fā)生變化，光纖扭轉(zhuǎn)器（6）產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變使進(jìn)入保偏光纖光柵（9）的偏振光偏振方向發(fā)生改變，導(dǎo)致反射偏振光的兩個偏振態(tài)的正交分量也發(fā)生變化；

4）通過第一光強(qiáng)探測器（12）和第二光強(qiáng)探測器（13）分別探測變化后偏振光的兩個偏振態(tài)的反射能量強(qiáng)度，通過矢量分析模塊（14）對兩個偏振態(tài)的正交分量進(jìn)行矢量合成，確定扭轉(zhuǎn)的角度和方向。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的扭轉(zhuǎn)傳感裝置的檢測方法，其特征在于：所述反射偏振光形成的反射光譜為具有一定波長間隔的雙峰，該雙峰分別對應(yīng)兩個偏振態(tài)。

10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的扭轉(zhuǎn)傳感裝置的檢測方法，其特征在于：步驟4）所述通過矢量分析模塊（14）對兩個偏振態(tài)的正交分量進(jìn)行矢量合成是先進(jìn)行歸一化，后采用擬合曲線進(jìn)行合成。