[發明專利]基于光電振蕩環路的光纖光柵傳感解調裝置和方法

在審

• 申請號: 201510870825.3
• 申請日: 2015-12-02
• 公開（公告）號: CN105547336A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發明（設計）人: 付宏燕;張詩瑋;吳銳;許惠英;蔡志平
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26
• 代理公司: 深圳市合道英聯專利事務所(普通合伙) 44309
• 代理人: 劉輝;廉紅果

技術領域

本發明涉及微波光子技術、光電子技術和光纖傳感技術，屬于采用微波光 子技術進行光纖光柵傳感與解調的技術領域。

背景技術

光纖光柵傳感器具有體積小、重量輕、易于實現遠距離和分布式測量、以 及防電磁干擾等特性，因此被廣泛應用于溫度、應力和折射率的遠距離測量領 域中。

傳統的光纖光柵解調方法常采用光學濾波器解調方法，例如可調諧F-P濾 波法、非平衡M-Z光纖干涉儀法及匹配光柵法等。這些方法或者對光學濾波器 的性能要求較高，成本較高；或者需要較多的光學濾波器，成本較高且結構復 雜，比較難實用化。因此，發展快速解調出光纖光柵波長變化量的方法和低成 本設備具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于針對現有光學解調技術的不足，利用光電振蕩環路將傳 感布拉格光纖光柵隨外界傳感參量的波長變化量轉換成射頻信號的頻率改變 量，提供一種新型的光纖光柵傳感解調方法，從而實現低成本高精度的光纖光 柵波長解調，同時提供了實現該方法的裝置。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

基于光電振蕩環路的光纖光柵傳感解調裝置，包括由電光調制器、第一三 端口光環行器、光纖放大器、光電探測器、射頻放大器、射頻濾波器以及3dB 三端口射頻功分器依次相連構成的光電振蕩環路，寬帶光源與第二三端口光環 行器的輸入端口相連，所述第二三端口光環行器的輸出端口與所述電光調制器 的輸入端口相連，所述第二三端口光環行器的第二端口與一傳感布拉格光纖光 柵相連，所述第一三端口光環行器的第二端口與一啁啾布拉格光纖光柵相連， 所述3dB三端口射頻功分器的一輸出端口與所述電光調制器的電驅動端口相 連，所述3dB三端口射頻功分器的另一輸出端口與一射頻頻率計相連。

采用上述基于光電振蕩環路的光纖光柵傳感解調裝置進行光纖光柵解調的 方法，包括以下步驟：

1)所述寬帶光源發射的光經所述第二三端口光環行器到達所述傳感布拉格 光纖光柵，經傳感布拉格光纖光柵反射的光再經第二三端口光環行器到達所述 電光調制器，由電光調制器輸出的光信號經第一三端口光環行器的輸入端口到 達啁啾布拉格光纖光柵反射，經該第一三端口光環行器的輸出端口到達所述光 纖放大器放大后，進入所述光電探測器進行光電轉換，得到的電信號通過射頻 放大器的放大、射頻濾波器的濾波，經3dB三端口射頻功分器到達電光調制器 的電驅動端口，由電光調制器進行電光轉換，如此往復形成光電振蕩環路，在 3dB三端口射頻功分器的輸出端口得到一定頻率的射頻信號輸出，其頻率為

f＝kc/nL(1)

其中n為光纖折射率，c為真空中的光速，L為光電振蕩環路長度，k為整 數，k值大小由射頻濾波器頻率大小決定，輸出射頻信號頻率由射頻濾波器頻率 決定；射頻濾波器帶寬一方面要小于振蕩諧波的自由頻譜范圍f＝c/nL，另一方 面決定了該傳感解調系統的測量范圍；

2)當外界傳感參量變化時，光電振蕩環路中所述傳感布拉格光纖光柵的反 射峰波長會隨之發生改變，其改變量為Δλ，則其對應在所述啁啾布拉格光纖光 柵中的反射位置會發生變化，其變化量可以表示為Δz＝Δλ/D，其中D為啁啾布 拉格光纖光柵的啁啾率，此時，輸出射頻信號頻率變化為

f'＝kc/n(L+Δz)(2)

3)采用射頻頻率計測量輸出信號頻率，則可根據(1)(2)兩式得到光在 啁啾布拉格光纖光柵反射位置的變化Δz，繼而由Δλ＝Δz/D得到傳感布拉格光纖 光柵的波長變化量，從而對傳感參量進行解調。

采用上述技術方案后，本發明與背景技術相比，具有如下優點：

本發明利用了光電振蕩環路頻率特性和啁啾光纖光柵的色散特性，通過測 量由于傳感布拉格光纖光柵波長變化引起的光電振蕩環路輸出射頻信號頻率改 變量，來進行布拉格光纖光柵傳感與解調，本發明相對于其他傳統測量方案， 具備帶寬大、防電磁干擾、適于高精度、低成本和小型化等突出優勢，大大降 低了測量的成本和復雜度。本發明是一種新型的采用微波光子技術實現的布拉 格光纖光柵傳感解調方法，非常適合于低成本高精度傳感解調。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

具體實施方式