[發(fā)明專利]基于相移光柵光纖激光器的加速度測(cè)定探測(cè)頭及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611003735.5
• 申請(qǐng)日: 2016-11-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106526231B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周亞亭;肖虹;茆銳;沈玉喬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常州工學(xué)院
• 主分類號(hào): G01P15/093
• 分類號(hào): G01P15/093
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 高桂珍

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于相移光柵光纖激光器的加速度測(cè)定探測(cè)頭及裝置。該探測(cè)頭由兩個(gè)帶有真實(shí)相移或等效相移的光纖光柵通過(guò)增益光纖串聯(lián)而成，兩個(gè)光纖光柵在加載預(yù)應(yīng)變的情況下，被固定在一個(gè)熱膨脹系數(shù)為零或可忽略不計(jì)的支架上；第一個(gè)光纖光柵所在平面和光纖走向，與第二個(gè)光纖光柵所在平面相垂直。該裝置包括泵浦半導(dǎo)體激光器、泵浦光隔離器、可調(diào)光衰減器、光探測(cè)器、頻譜儀以及所述探測(cè)頭。本發(fā)明可消除因溫度變化而導(dǎo)致光柵周期波動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；增大了測(cè)量結(jié)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(gè)光纖光柵的激射頻率始終小于另一個(gè)，則得到的兩個(gè)激光拍頻信號(hào)的頻率大小能同時(shí)反映測(cè)定的加速度大小和方向。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及光纖通信、光電傳感及光電信息處理。本發(fā)明是一種基于相移光柵雙波長(zhǎng)光纖激光器的加速度測(cè)定裝置，其中一個(gè)激射波長(zhǎng)固定不變，另一個(gè)激射波長(zhǎng)可根據(jù)加速度大小和方向發(fā)生變化，因而兩個(gè)波長(zhǎng)激光的拍頻能反映加速度大小和方向。

背景技術(shù)

用雙波長(zhǎng)光纖激光器制成的傳感器，在光電傳感、微波信號(hào)產(chǎn)生和光電信息處理等方面有著十分重要的應(yīng)用。用光纖光柵激光器制成的傳感器，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，測(cè)量精度高，能與現(xiàn)有光纖網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)成網(wǎng)，因而在現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)中受到了廣泛的關(guān)注。

光纖光柵激光器中，如果要形成穩(wěn)定而功率均衡的雙波長(zhǎng)激光輸出，一種可行的做法是用兩個(gè)長(zhǎng)度相同，中間位置各有一相移，且透射譜中心波長(zhǎng)都處在增益光纖增益中心區(qū)域的光纖光柵，用增益光纖串聯(lián)成一個(gè)光纖光柵激光器光路。在實(shí)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(jí)，因此要制作真實(shí)相移光柵，通常需要用到高精度的電子束刻寫設(shè)備。這就帶來(lái)了真實(shí)相移光柵制作成本高，刻寫效率低下的問(wèn)題。為此，南京大學(xué)陳向飛課題組提出重構(gòu)－等效啁啾技術(shù)，用取樣光柵來(lái)代替普通光柵，用等效相移來(lái)代替真實(shí)相移，以獲得與真實(shí)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(zhǎng)度和折射率，都會(huì)隨溫度的改變而改變，因而其激射波長(zhǎng)會(huì)隨著溫度的增加而紅移。為消除因環(huán)境溫度的變化而導(dǎo)致光纖光柵激光器激射波長(zhǎng)漂移問(wèn)題，通常要用溫度調(diào)節(jié)裝置來(lái)保持環(huán)境溫度不變，或采取特殊設(shè)計(jì)對(duì)溫度變化進(jìn)行脫敏處理。

在振動(dòng)監(jiān)測(cè)、石油勘探、航天航空、軍事裝備等領(lǐng)域，精確測(cè)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(cè)定裝置設(shè)計(jì)，但它們有的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，有的沒(méi)有溫度脫敏裝置或采取的溫度脫敏裝置對(duì)溫度的脫敏效果不夠理想。例如，文獻(xiàn)“Rui Ma,et.al,Two-axis slim fiber laser vector hydrophone,IEEE PhotonicsTechnology Letters,23(6):335-337,2011”中提出的設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且沒(méi)有溫度脫敏裝置，不能消除溫度漂移對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。文獻(xiàn)“唐才杰等，一種差動(dòng)式雙光柵結(jié)構(gòu)的光纖加速度計(jì)，中國(guó)發(fā)明專利，ZL：201310712441.X”中的設(shè)計(jì)，雖然在很大程度上減輕了溫度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，但其固定光纖光柵的裝置，還是會(huì)因溫度變化而長(zhǎng)度發(fā)生變化，這將導(dǎo)致光柵長(zhǎng)度改變，給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)誤差。特別是當(dāng)兩個(gè)光柵的光柵周期相差較大時(shí)，這個(gè)影響帶來(lái)的誤差更大。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中相移光纖光柵雙波長(zhǎng)激光加速度測(cè)定裝置存在的上述不足，本發(fā)明提出了一種基于相移光柵雙波長(zhǎng)光纖激光器的加速度測(cè)定裝置。本發(fā)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(lái)代替真實(shí)相移光柵；同時(shí)采用對(duì)兩個(gè)相移光纖光柵預(yù)施加了拉伸應(yīng)力，并固定于熱膨脹系數(shù)為零(或可忽略不計(jì))材料制成的底座上的方法，來(lái)消除溫度改變對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：