[發(fā)明專利]基于可飽和吸收光纖的光纖光柵波長解調(diào)裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310370249.7
• 申請日: 2013-08-22
• 公開（公告）號: CN103438916A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陶蒙蒙;葉錫生;王振寶;楊鵬翎;陳紹武;王平;馮國斌
• 申請（專利權(quán)）人: 西北核技術(shù)研究所
• 主分類號: G01D5/36
• 分類號: G01D5/36;G02F2/00
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司 61100
• 代理人: 李中群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光纖光柵波長解調(diào)裝置，尤其涉及一種基于可飽和吸收光纖的新型光纖光柵解調(diào)方法和裝置。

背景技術(shù)

光纖光柵傳感可實(shí)現(xiàn)對多種物理量的測量，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)緊湊、易于維護(hù)以及不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的工程應(yīng)用。

光纖光柵的波長解調(diào)是光纖光柵傳感應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前常用的解調(diào)方法有波長掃描法、F-P腔濾波法以及基于體光柵的色散解調(diào)法等。

波長掃描法采用波長可調(diào)諧激光器作為光源。波長掃描過程中，當(dāng)波長與待解調(diào)光纖光柵中心波長一致時(shí)，光纖光柵反射光最強(qiáng)，由此得到光纖光柵的波長信息。該方法信噪比高，但是波長可調(diào)諧激光器成本較高。

F-P腔濾波法采用寬帶光源。光纖光柵對特定波長的光產(chǎn)生反射，F(xiàn)-P腔在壓電陶瓷的驅(qū)動(dòng)下腔長發(fā)生變化，使得其透射波長也發(fā)生變化。當(dāng)F-P腔透射波長與光纖光柵反射波長一致時(shí)，F(xiàn)-P腔透射光強(qiáng)最大，由此得到光纖光柵的波長信息。該方法解調(diào)速度高，響應(yīng)快，但信噪比較差，且成本較高。

在專利便攜式光纖光柵波長解調(diào)儀(申請?zhí)?01220387720.4)和基于面陣CCD的光纖光柵解調(diào)裝置(申請?zhí)?01210085512.3)中，作者都提出了使用體光柵將寬帶光源在空間上進(jìn)行色散展開，然后通過探測器對展開后不同位置的光進(jìn)行探測，從而得到不同波長的光信號的強(qiáng)度。其作用類似一個(gè)小型的光譜儀。但是由于該類型的解調(diào)裝置中需要使用大量的晶體光學(xué)器件，使得其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，且在振動(dòng)環(huán)境中無法使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種針對單只光纖光柵的波長解調(diào)方法和裝置，不需要使用光譜分析設(shè)備，即可實(shí)現(xiàn)對光纖光柵波長的實(shí)時(shí)解調(diào)。

本發(fā)明的基本思路是利用激光器的脈沖重頻信息實(shí)現(xiàn)對光纖光柵的波長解調(diào)。由于摻銩光纖或銩鈥共摻光纖在1550nm附近有著較強(qiáng)的吸收，可以作為可飽和吸收光纖實(shí)現(xiàn)對摻鉺光纖激光器的調(diào)Q。此外，在從1500nm到1585nm的范圍內(nèi)，摻銩光纖和銩鈥共摻光纖的吸收系數(shù)都是單調(diào)遞增趨勢。這樣，當(dāng)激光器在不同波長振蕩時(shí)，可飽和吸收光纖在腔內(nèi)引入的損耗都不一樣，從而使得激光器輸出脈沖重頻也隨之發(fā)生變化。利用這種脈沖重頻與激光波長之間的對應(yīng)關(guān)系就可以實(shí)現(xiàn)對光纖光柵的波長解調(diào)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：

基于可飽和吸收光纖的光纖光柵波長解調(diào)裝置，包括泵浦源、波分復(fù)用器、增益光纖、隔離器、可飽和吸收光纖、輸出耦合器、環(huán)形器、待測量光纖光柵和光電探測系統(tǒng)；所述的波分復(fù)用器、增益光纖、隔離器、可飽和吸收光纖、輸出耦合器和環(huán)形器通過光纖熔接機(jī)連接，形成光纖環(huán)路；所述的泵浦源通過波分復(fù)用器聯(lián)接在光纖環(huán)路上；所述的待測量光纖光柵通過環(huán)形器聯(lián)接在光纖環(huán)路上；所述環(huán)形器的輸入端和輸出端分別聯(lián)接在光纖環(huán)路；所述的環(huán)形器的中間端與待測量光纖光柵聯(lián)接；所述的光電探測系統(tǒng)通過輸出耦合器聯(lián)接在光纖環(huán)路上，用于光脈沖重復(fù)頻率的測量。

上述基于可飽和吸收光纖的光纖光柵波長解調(diào)裝置，所述的泵浦源為980nm半導(dǎo)體激光，所述的波分復(fù)用器為980nm/1550nm波分復(fù)用器，所述的增益光纖為單模摻鉺光纖，所述的隔離器的工作波長為1550nm，所述的可飽和吸收光纖為摻銩光纖或銩鈥共摻光纖。

上述基于可飽和吸收光纖的光纖光柵波長解調(diào)裝置，所述待測量光纖光柵的中心波長為1550nm，3dB帶寬小于0.3nm，反射率為30%～100%。

上述基于可飽和吸收光纖的光纖光柵波長解調(diào)裝置，所述的光電探測系統(tǒng)包括光電二極管、放大處理電路、計(jì)數(shù)單元或示波器，光電二極管將脈沖光信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大處理電路放大處理后，采用計(jì)數(shù)單元或示波器記錄輸出電信號的重復(fù)頻率。

上述基于可飽和吸收光纖的光纖光柵波長解調(diào)裝置，包括泵浦源、波分復(fù)用器、增益光纖、可飽和吸收光纖、待測量光纖光柵、和高反鍍膜光纖；所述的高反鍍膜光纖、波分復(fù)用器、增益光纖、可飽和吸收光纖和待測量光纖光柵通過光纖熔接機(jī)熔接，構(gòu)成激光諧振腔；高反鍍膜光纖為反射端鍍有高反射膜的單模光纖；所述的泵浦源通過波分復(fù)用器聯(lián)接在激光諧振腔內(nèi)；所述的光電探測系統(tǒng)與待測量光纖光柵的輸出端相聯(lián)，用于光脈沖重復(fù)頻率的測量。

上述基于可飽和吸收光纖的光纖光柵波長解調(diào)裝置，所述的泵浦源為980nm半導(dǎo)體激光，所述的波分復(fù)用器為980nm/1550nm波分復(fù)用器，所述的增益光纖為單模摻鉺光纖，所述的可飽和吸收光纖為摻銩光纖或銩鈥共摻光纖。