[發明專利]基于光纖布拉格光柵法布里-泊羅腔的傳感裝置

有效

• 申請號: 201811543325.9
• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN111323059B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 張亮;董玉明;焦國華;魯遠甫;陳巍;呂建成
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產權代理有限公司 44304
• 代理人: 孫偉峰;黃進

本發明提供了一種基于光纖布拉格光柵法布里?泊羅腔的傳感裝置，包括光源單元、光纖環形器、光纖傳感單元和光譜檢測單元，所述光源單元、光纖傳感單元和光譜檢測單元分別連接至所述光纖環形器，所述光源單元包括主動鎖模激光器，所述光纖傳感單元為光纖布拉格光柵法布里?泊羅腔，所述主動鎖模激光器的等效光程為n₁L₁，所述光纖布拉格光柵法布里?泊羅腔的等效光程差為2n₂L₂；其中，i為正整數，本發明可以有效地補償光纖布拉格光柵法布里?泊羅腔中的相干光的光程差，獲得更大自由光譜范圍的干涉條紋，實現了更高的靈敏度，從而提高了傳感測量的精度。

技術領域

本發明涉及傳感技術領域，具體是一種基于光纖布拉格光柵法布里-泊羅腔的傳感裝置。

背景技術

在工業領域的眾多行業中，光纖傳感器由于其本質安全特性，特別適合于易燃、易爆、強電磁場場所的傳感應用要求，可以方便、準確和有效地對各種環境尤其是各種惡劣環境中有關物理量的檢測。

光纖布拉格光柵（Fiber Bragg Grating，FBG）傳感器的中心峰值波長通常與其所受的溫度和應變相關，因此根據此原理，可以將光纖光柵制作成光纖光柵溫度傳感器和光纖光柵應變傳感器。目前，為了彌補FBG傳感器峰值波長不能準確測量的缺點，在FBG傳感器的基礎上發展出了光纖布拉格光柵法布里-泊羅腔（FBG-FP）傳感器。

光纖布拉格光柵法布里-泊羅腔是在光纖纖芯中相隔一定距離的兩處寫入兩個參數相同的布拉格光柵，當滿足光柵反射條件的某個特定波長的光信號入射時，會被耦合成反射與透射光波，從而使得光波在兩光柵之間振蕩，形成多光束干涉，從而在布拉格光柵反射帶內形成高精細度干涉條紋。利用光纖布拉格光柵法布里-泊羅腔進行物理量感知的基本原理是：溫度、應變等物理量的變化會引起兩光柵之間所構成的法布里-泊羅腔的腔長變化，導致干涉條紋的特征波長（透射峰波長或反射峰波長）發生漂移，由于透射峰和反射峰的3dB帶寬很小，因此，可以準確測量很小的波長漂移，其靈敏度與FBG傳感器相當，但是可以提高測量精度。

雖然目前的FBG-FP傳感器相比于FBG傳感器提高了波長解調精度，然而，其提高的空間也受限于解調設備的分辨率，在光譜儀的解調方式下可達10pm，在掃描式光源解調下，也只能達到1pm，對應的應變靈敏度為微應變量級，溫度靈敏度為0.1攝氏度，不能滿足更高的需求，例如，地球潮汐的測量，地震前兆觀測等。因此，如何進一步提高FBG-FP傳感器的傳感測量的精度是業內一直在探索解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于光纖布拉格光柵法布里-泊羅腔的傳感裝置，該裝置可以獲得更大自由光譜范圍的干涉條紋，實現了更高的靈敏度，從而提高了傳感測量的精度。

為了達到上述發明目的，本發明采用了如下的技術方案：

一種基于光纖布拉格光柵法布里-泊羅腔的傳感裝置，包括光源單元、光纖環形器、光纖傳感單元和光譜檢測單元，所述光源單元連接至所述光纖環形器的第一端口，所述光纖傳感單元連接至所述光纖環形器的第二端口，所述光譜檢測單元連接至所述光纖環形器的第三端口，其中，所述光源單元包括主動鎖模激光器，所述光纖傳感單元為光纖布拉格光柵法布里-泊羅腔，所述主動鎖模激光器的等效光程為n₁L₁，所述光纖布拉格光柵法布里-泊羅腔的等效光程差為2n₂L₂；其中，，i為正整數，；

其中，n₁為所述主動鎖模激光器的激光腔的等效折射率，L₁為所述主動鎖模激光器的激光腔的等效腔長，n₂為所述光纖布拉格光柵法布里-泊羅腔的等效折射率，L₂為所述光纖布拉格光柵法布里-泊羅腔的等效腔長，λ為所述光纖布拉格光柵法布里-泊羅腔中光纖布拉格光柵的反射中心波長，Δλ為所述光纖布拉格光柵法布里-泊羅腔中光纖布拉格光柵的反射帶寬。

優選地，所述k的取值范圍是：。