[發明專利]一種基于受激類拉曼的前向布里淵光纖激光傳感器

有效

• 申請號: 202011411275.6
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112710349B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 劉毅;寧鈺;商瑤;陳鵬飛;顧源琦
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;H01S3/067;H01S3/108
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 王軍

本發明涉及一種光纖激光傳感器，具體是一種基于受激類拉曼的前向布里淵光纖激光傳感器，包括可調諧單頻激光器、摻鉺光纖放大器、偏振控制器、光耦合器、單模光纖、溫度/應變控制系統、偏振合束器、光電二極管、頻譜儀、光譜儀；溫度/應變控制系統由光纖固定夾具和加熱器組成。本發明設計合理，使用前向受激類拉曼布里淵光纖激光器，通過探測受激類拉曼散射類R_0m布里淵模式頻移量，實現靈敏度可調的溫度應變傳感。

技術領域

本發明屬于激光器研究領域，具體涉及一種基于受激類拉曼的前向布里淵光纖激光傳感器。

背景技術

繼1964年首次觀察到受激布里淵散射(stimulated Brillouin scatting)以來，SBS作為光纖中一種典型的非線性光學效應，有著廣泛的應用領域。利用布里淵光纖激光做傳感由于嚴格的Brillouin頻移、窄線寬，以及易兼容其他光纖元件等特點，可以實現遠距離的實時測量和監控、無輻射干擾，電絕緣和抗電磁干擾性好，測量范圍寬，具有高空間分辨率和高精度，主要應用在對溫度或者應變的傳感上。

在現有文獻中搜索發現，國內外學者(Bao等發表的Opt.Lett.19,p.141,1994；Parker等發表的Opt.Lett.22,p.787,1997；Lee等發表的Tech.Lett.13,p.1094,2001；Zou等發表的Opt.lett.29,p.1485,2004；)在設計中均是利用后向受激布里淵散射效應實現對溫度和應變的傳感，但在溫度應變靈敏度可調方面仍受限制，從而影響傳感精度和應用范圍。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種基于受激類拉曼的前向布里淵光纖激光傳感器，利用受激類拉曼效應產生多個對溫度應變靈敏度不同的類R_0m模式，通過探測多個類R_0m模式隨溫度應變變化的布里淵頻移量從而實現靈敏度可調的溫度應變的傳感。

為實現上述目的，提出一種基于受激類拉曼的前向布里淵光纖激光傳感器，包括：可調諧單頻激光器、摻鉺光纖放大器、偏振控制器、第一光耦合器、第二光耦合器、單模光纖、溫度/應變控制系統、偏振合束器、第三光耦合器、光電二極管、頻譜儀和光譜儀；其中溫度/應變控制系統包括第一光纖固定夾具、第二光纖固定夾具、加熱器；

可調諧單頻激光器產生的的泵浦光，經摻鉺光纖放大器放大，通過偏振控制器在第一光耦合器的端口a輸入，經過第一光耦合器后輸出光被分為兩束反向傳輸的相干光，從第一光耦合器的端口b、端口c輸入第二光耦合器，從端口e輸入第二光耦合器的光分成兩束反向傳播光束從端口h和端口g輸出，從端口h輸入第二光耦合器的光分成兩束反向傳播光束從端口e和端口f輸出，從端口f、端口g輸入的光經過置于溫度/應變控制系統中的單模光纖組成的光纖環，發生諧振后返回到第二光耦合器中，再從端口e和端口h返回到第一光耦合器中發生解調，當第二光耦合器和單模光纖形成的諧振腔的布里淵增益高于損耗時，形成前向受激類拉曼激光信號從第一光耦合器的端口b和端口c輸入，滿足相位條件的激光從d端口輸出，不滿足相位條件的光從a端口輸出，經端口d輸出的激光經偏振合束器調整偏振狀態后，進入第三光耦合器中分為兩束激光，一束由光電二極管和頻譜儀記錄光譜，另一束直接由光譜儀記錄光譜，通過改變溫度/應變控制系統內單模光纖所受的溫度或應變環境，探測不同受激類拉曼散射類R_0m布里淵模式頻移量，實現靈敏度可調的溫度應變傳感。

其中，可調諧光纖激光器采用中心波長為1550nm，光譜線寬為400GHz，邊模抑制比45dB，相對噪聲為-145dB/Hz，最大輸出功率為10dBm，波長可調范圍為1520-1630nm的連續運行激光器。

其中，摻鉺光纖放大器增益為15dB，波長范圍為1528nm～1565nm。

其中，第一光耦合器、第二光耦合器、第三光耦合器的分光比為50:50，用來將泵浦光分成兩束相干光束。