[發明專利]基于相移光柵光纖激光器的加速度測定探測頭及裝置

有效

• 申請號: 201611003735.5
• 申請日: 2016-11-15
• 公開（公告）號: CN106526231B
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 周亞亭;肖虹;茆銳;沈玉喬
• 申請（專利權）人: 常州工學院
• 主分類號: G01P15/093
• 分類號: G01P15/093
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 高桂珍

本發明公開了一種基于相移光柵光纖激光器的加速度測定探測頭及裝置。該探測頭由兩個帶有真實相移或等效相移的光纖光柵通過增益光纖串聯而成，兩個光纖光柵在加載預應變的情況下，被固定在一個熱膨脹系數為零或可忽略不計的支架上；第一個光纖光柵所在平面和光纖走向，與第二個光纖光柵所在平面相垂直。該裝置包括泵浦半導體激光器、泵浦光隔離器、可調光衰減器、光探測器、頻譜儀以及所述探測頭。本發明可消除因溫度變化而導致光柵周期波動對測量結果的影響；增大了測量結果的靈敏度；降低了光纖光柵的加工難度和制造成本；若使一個光纖光柵的激射頻率始終小于另一個，則得到的兩個激光拍頻信號的頻率大小能同時反映測定的加速度大小和方向。

技術領域

本發明屬于光電子技術領域，涉及光纖通信、光電傳感及光電信息處理。本發明是一種基于相移光柵雙波長光纖激光器的加速度測定裝置，其中一個激射波長固定不變，另一個激射波長可根據加速度大小和方向發生變化，因而兩個波長激光的拍頻能反映加速度大小和方向。

背景技術

用雙波長光纖激光器制成的傳感器，在光電傳感、微波信號產生和光電信息處理等方面有著十分重要的應用。用光纖光柵激光器制成的傳感器，由于其結構簡單緊湊，測量精度高，能與現有光纖網絡互聯成網，因而在現代生產技術中受到了廣泛的關注。

光纖光柵激光器中，如果要形成穩定而功率均衡的雙波長激光輸出，一種可行的做法是用兩個長度相同，中間位置各有一相移，且透射譜中心波長都處在增益光纖增益中心區域的光纖光柵，用增益光纖串聯成一個光纖光柵激光器光路。在實際的光纖光柵激光器中，通常用摻鉺光纖或摻鐿鉺光纖作為增益光纖。

由于光纖光柵的光柵周期一般是亞微米量級，因此要制作真實相移光柵，通常需要用到高精度的電子束刻寫設備。這就帶來了真實相移光柵制作成本高，刻寫效率低下的問題。為此，南京大學陳向飛課題組提出重構－等效啁啾技術，用取樣光柵來代替普通光柵，用等效相移來代替真實相移，以獲得與真實相移光柵相同透射(反射)特性的等效相移光柵。

在光纖光柵激光器中，由于其光纖光柵的長度和折射率，都會隨溫度的改變而改變，因而其激射波長會隨著溫度的增加而紅移。為消除因環境溫度的變化而導致光纖光柵激光器激射波長漂移問題，通常要用溫度調節裝置來保持環境溫度不變，或采取特殊設計對溫度變化進行脫敏處理。

在振動監測、石油勘探、航天航空、軍事裝備等領域，精確測定加速度大小和方向往往十分重要。目前有很多的基于光纖激光器的加速度測定裝置設計，但它們有的結構比較復雜，有的沒有溫度脫敏裝置或采取的溫度脫敏裝置對溫度的脫敏效果不夠理想。例如，文獻“Rui Ma,et.al,Two-axis slim fiber laser vector hydrophone,IEEE PhotonicsTechnology Letters,23(6):335-337,2011”中提出的設計方案結構比較復雜，且沒有溫度脫敏裝置，不能消除溫度漂移對測量結果的影響。文獻“唐才杰等，一種差動式雙光柵結構的光纖加速度計，中國發明專利，ZL：201310712441.X”中的設計，雖然在很大程度上減輕了溫度變化對測量結果的影響，但其固定光纖光柵的裝置，還是會因溫度變化而長度發生變化，這將導致光柵長度改變，給測量結果帶來誤差。特別是當兩個光柵的光柵周期相差較大時，這個影響帶來的誤差更大。

發明內容

針對現有技術中相移光纖光柵雙波長激光加速度測定裝置存在的上述不足，本發明提出了一種基于相移光柵雙波長光纖激光器的加速度測定裝置。本發明為了能夠減輕相移光柵中相移制造的難度和成本，采用等效相移取樣光柵來代替真實相移光柵；同時采用對兩個相移光纖光柵預施加了拉伸應力，并固定于熱膨脹系數為零(或可忽略不計)材料制成的底座上的方法，來消除溫度改變對測量結果的影響。

本發明的技術方案是：