低頻探測的無泵浦多波長布里淵光纖激光傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖激光傳感器，具體是一種低頻探測的無栗浦多波長布里淵光纖激光傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的光纖激光傳感器主要分為三種:單波長光纖激光傳感器、多波長光纖激光傳感器、多縱模光纖激光傳感器。實踐表明，上述三種光纖激光傳感器由于自身原理所限，存在如下問題:若要實現(xiàn)高靈敏度探測，則需要采用光譜儀來進行探測，由此導致系統(tǒng)的復雜度和成本增加。為了克服上述問題，中國專利ZL201410691738.7公開了一種基于多波長布里淵光纖激光器的光纖溫度傳感器。然而，此種傳感器由于光路結(jié)構(gòu)所限，僅能夠獲得個位數(shù)量級的波長數(shù)，且功率分布嚴重不均勻，由此導致其探測靈敏度低。此外，中國專利ZL200810034296.3公開了一種自激發(fā)多波長布里淵摻鉺光纖激光器。然而，此種傳感器由于提供布里淵增益的光纖長度長達5km，其測量精度會受到外界干擾的嚴重影響，由此導致其抗干擾能力差、測量精度低。基于此，有必要發(fā)明一種全新的光纖激光傳感器，以解決現(xiàn)有光纖激光傳感器存在的上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有光纖激光傳感器探測靈敏度低、抗干擾能力差、測量精度低的問題，提供了一種低頻探測的無栗浦多波長布里淵光纖激光傳感器。
[0004]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
低頻探測的無栗浦多波長布里淵光纖激光傳感器，包括窄線寬單頻激光器、第二單向光分路器、低頻光電探測器、頻譜儀、諧振腔；
所述諧振腔包括半導體光放大器、光環(huán)行器、偏振控制器、光隔離器、第一單向光分路器、Sagnac環(huán)型腔鏡；
所述Sagnac環(huán)型腔鏡包括雙向光分路器、高非線性傳感光纖；
其中，半導體光放大器的出射端與光環(huán)行器的入射端連接;光環(huán)行器的反射端與雙向光分路器的上行端口連接;雙向光分路器的兩個下行端口之間通過高非線性傳感光纖連接;光環(huán)行器的出射端與偏振控制器的入射端連接;偏振控制器的出射端與光隔離器的入射端連接;光隔離器的出射端與第一單向光分路器的上行端口連接;第一單向光分路器的第一個下行端口與半導體光放大器的入射端連接;第一單向光分路器的第二個下行端口與第二單向光分路器的第一個下行端口連接;窄線寬單頻激光器的出射端與第二單向光分路器的第二個下行端口連接;第二單向光分路器的上行端口與低頻光電探測器的入射端連接;低頻光電探測器的信號輸出端與頻譜儀的信號輸入端連接。
[0005]工作時，將高非線性傳感光纖置于溫度控制系統(tǒng)(如圖2所示)或光纖拉力器(如圖3所示)中。具體工作過程如下:半導體光放大器發(fā)出的自發(fā)輻射光在諧振腔中進行諧振。當半導體光放大器的功率足夠大時，自發(fā)輻射光諧振產(chǎn)生激光。當半導體光放大器的功率進一步增大時，此激光在Sagnac環(huán)型腔鏡中發(fā)生受激布里淵散射效應和四波混頻效應，由此產(chǎn)生高階斯托克斯波。高階斯托克斯波經(jīng)第一單向光分路器進入第二單向光分路器。與此同時，窄線寬單頻激光器發(fā)出的激光進入第二單向光分路器，并與高階斯托克斯波進行拍頻，由此產(chǎn)生拍頻光信號。拍頻光信號經(jīng)低頻光電探測器轉(zhuǎn)換為拍頻電信號后進入頻譜儀。頻譜儀對拍頻電信號進行拍頻分析，由此獲取高非線性傳感光纖的溫度值和應變值。
[0006]基于上述過程，與現(xiàn)有光纖激光傳感器相比，本發(fā)明所述的低頻探測的無栗浦多波長布里淵光纖激光傳感器基于全新的光路結(jié)構(gòu)，并利用受激布里淵散射效應和四波混頻效應，實現(xiàn)了對高非線性傳感光纖的溫度值和應變值進行高靈敏度探測，由此具備了如下優(yōu)點:其一，與中國專利ZL201410691738.7相比，本發(fā)明能夠獲得更高數(shù)量級的波長數(shù)，且功率分布更加均勻，由此大幅提高了探測靈敏度(探測靈敏度能夠提高100個數(shù)量級)。其二，與中國專利ZL200810034296.3相比，本發(fā)明采用的高非線性光纖長度大幅縮短(通常僅為500m)，由此大大減小了外界干擾對測量精度的影響，從而顯著增強了抗干擾能力、大幅提高了測量精度。
[0007]本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理、設(shè)計巧妙，有效解決了現(xiàn)有光纖激光傳感器探測靈敏度低、抗干擾能力差、測量精度低的問題，適用于光纖傳感領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2是本發(fā)明的第一種工作狀態(tài)參考圖。
[0010]圖3是本發(fā)明的第二種工作狀態(tài)參考圖。
[0011 ]圖中:1-半導體光放大器，2-光環(huán)行器，3-雙向光分路器，4-高非線性傳感光纖，5-偏振控制器，6-光隔離器，7-第一單向光分路器，8-窄線寬單頻激光器，9-第二單向光分路器，10-低頻光電探測器，11-頻譜儀，12-溫度控制系統(tǒng)，13-光纖拉力器。
【具體實施方式】
[0012]低頻探測的無栗浦多波長布里淵光纖激光傳感器，包括窄線寬單頻激光器8、第二單向光分路器9、低頻光電探測器10、頻譜儀11、諧振腔；
所述諧振腔包括半導體光放大器1、光環(huán)行器2、偏振控制器5、光隔離器6、第一單向光分路器7、Sagnac環(huán)型腔鏡；
所述Sagnac環(huán)型腔鏡包括雙向光分路器3、高非線性傳感光纖4;
其中，半導體光放大器I的出射端與光環(huán)行器2的入射端連接;光環(huán)行器2的反射端與雙向光分路器3的上行端口連接;雙向光分路器3的兩個下行端口之間通過高非線性傳感光纖4連接;光環(huán)行器2的出射端與偏振控制器5的入射端連接;偏振控制器5的出射端與光隔離器6的入射端連接;光隔離器6的出射端與第一單向光分路器7的上行端口連接;第一單向光分路器7的第一個下行端口與半導體光放大器I的入射端連接;第一單向光分路器7的第二個下行端口與第二單向光分路器9的第一個下行端口連接;窄線寬單頻激光器8的出射端與第二單向光分路器9的第二個下行端口連接;第二單向光分路器9的上行端口與低頻光電探測器10的入射端連接;低頻光電探測器10的信號輸出端與頻譜儀11的信號輸入端連接。
[0013]所述半導體光放大器I在中心波長為1550nm處能夠提供21dB的小信號增益和5.8dBm的飽和增益。
[0014]所述雙向光分路器3的分光比為50:50。
[0015]所述高非線性傳感光纖4的長度為500m，且其具有l(wèi)dB/km的衰減和15W-lkm-l的非線性系數(shù)。
[0016]所述第一單向光分路器7的分光比為90:10。
[0017]所述窄線寬單頻激光器8采用中心波長為1550nm、光譜線寬為400kHz、邊摸抑制比>45dB、相對噪聲為-145dB/Hz、最大輸出功率為lOdBm、波長可調(diào)范圍為1520-1630nm的連續(xù)運行激光器。
[00? 8] 所述第二單向光分路器9的分光比為50: 50。
[0019]所述低頻光電探測器10的響應帶寬為O-1GHz。
[0020]所述頻譜儀11的帶寬為0-26.5GHz、最小分辨率為IHz。
[0021]具體實施時，所述溫度控制系統(tǒng)12采用調(diào)節(jié)范圍為5_60°C、溫度分辨率為0.1°C的連續(xù)運行恒溫系統(tǒng)。所述光纖拉力器13的行程為15cm、調(diào)節(jié)分辨率為ΙΟμπι。所述半導體光放大器I采用英國CIP公司的1550波段高非線性光放大器。所述窄線寬單頻激光器8采用法國Yenista公司的單頻系列激光器，其具有輸出功率高、可調(diào)范圍寬和線寬窄的優(yōu)點。所述低頻光電探測器10采用飛博源光電的光電探測器。所述頻譜儀11采用Keysight公司的Ν9020信號分析儀。所述溫度控制系統(tǒng)12采用杭州保恒恒溫技術(shù)有限公司的動態(tài)恒溫控制系統(tǒng)。所述光纖拉力器13采用北京北光世紀儀器有限公司的TS300系列精密平移臺。
【主權(quán)項】
1.一種低頻探測的無栗浦多波長布里淵光纖激光傳感器，其特征在于:包括窄線寬單頻激光器(8)、第二單向光分路器(9)、低頻光電探測器(10)、頻譜儀(11)、諧振腔； 所述諧振腔包括半導體光放大器(I)、光環(huán)行器(2)、偏振控制器(5)、光隔離器(6)、第一單向光分路器(7)、Sagnac環(huán)型腔鏡； 所述Sagnac環(huán)型腔鏡包括雙向光分路器(3)、高非線性傳感光纖(4); 其中，半導體光放大器(I)的出射端與光環(huán)行器(2)的入射端連接;光環(huán)行器(2)的反射端與雙向光分路器(3)的上行端口連接;雙向光分路器(3)的兩個下行端口之間通過高非線性傳感光纖(4)連接;光環(huán)行器(2)的出射端與偏振控制器(5)的入射端連接;偏振控制器(5)的出射端與光隔離器(6)的入射端連接;光隔離器(6)的出射端與第一單向光分路器(7)的上行端口連接;第一單向光分路器(7)的第一個下行端口與半導體光放大器(I)的入射端連接;第一單向光分路器(7)的第二個下行端口與第二單向光分路器(9)的第一個下行端口連接;窄線寬單頻激光器(8)的出射端與第二單向光分路器(9)的第二個下行端口連接;第二單向光分路器(9)的上行端口與低頻光電探測器(10)的入射端連接；低頻光電探測器(10)的信號輸出端與頻譜儀(11)的信號輸入端連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻探測的無栗浦多波長布里淵光纖激光傳感器，其特征在于:所述半導體光放大器(I)在中心波長為1550nm處能夠提供21dB的小信號增益和5.SdBm的飽和增益。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻探測的無栗浦多波長布里淵光纖激光傳感器，其特征在于:所述雙向光分路器(3)的分光比為50:50。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻探測的無栗浦多波長布里淵光纖激光傳感器，其特征在于:所述高非線性傳感光纖(4)的長度為500m，且其具有l(wèi)dB/km的衰減和15W-lkm-l的非線性系數(shù)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻探測的無栗浦多波長布里淵光纖激光傳感器，其特征在于:所述第一單向光分路器(7)的分光比為90:10。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻探測的無栗浦多波長布里淵光纖激光傳感器，其特征在于:所述窄線寬單頻激光器(8)采用中心波長為1550nm、光譜線寬為400kHz、邊摸抑制比〉45dB、相對噪聲為-145dB/Hz、最大輸出功率為lOdBm、波長可調(diào)范圍為1520-1630nm的連續(xù)運行激光器。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻探測的無栗浦多波長布里淵光纖激光傳感器，其特征在于:所述第二單向光分路器(9)的分光比為50:50。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻探測的無栗浦多波長布里淵光纖激光傳感器，其特征在于:所述低頻光電探測器(10)的響應帶寬為0-lGHz。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻探測的無栗浦多波長布里淵光纖激光傳感器，其特征在于:所述頻譜儀(11)的帶寬為0-26.5GHz、最小分辨率為IHz。
【專利摘要】本發(fā)明涉及光纖激光傳感器，具體是一種低頻探測的無泵浦多波長布里淵光纖激光傳感器。本發(fā)明解決了現(xiàn)有光纖激光傳感器探測靈敏度低、抗干擾能力差、測量精度低的問題。低頻探測的無泵浦多波長布里淵光纖激光傳感器，包括窄線寬單頻激光器、第二單向光分路器、低頻光電探測器、頻譜儀、諧振腔；所述諧振腔包括半導體光放大器、光環(huán)行器、偏振控制器、光隔離器、第一單向光分路器、Sagnac環(huán)型腔鏡；所述Sagnac環(huán)型腔鏡包括雙向光分路器、高非線性傳感光纖。本發(fā)明適用于光纖傳感領(lǐng)域。
【IPC分類】G01D5/353
【公開號】CN105606140
【申請?zhí)枴緾N201610182093
【發(fā)明人】劉毅, 張明江, 張建忠, 王云才, 李云亭
【申請人】太原理工大學
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年3月28日