一種基于激光器的傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光學傳感技術領域，特別涉及一種基于激光器的傳感器。
【背景技術】
[0002] 現有技術中測量長度、溫度、折射率、壓力等物理量的微小變化時，通常采用激光 相位型干涉法進行測量，基于馬赫-曾德爾干涉儀的光學傳感器是一種常見利用激光相位 型干涉法進行測量的傳感器，其原理是將激光器輸出的激光分成兩束，分別進入干涉儀的 兩臂中，兩路光經過不同的傳輸路徑后再匯合，形成干涉，由探測器檢測兩束光的相位差， 進而確定被測的物理量。由于兩個臂的光程量可以受到溫度、壓力等外在條件的影響，所 以，馬赫-曾德爾干涉儀可以實現應變、溫度等物理量的測量，是許多傳感器的重要物理基 礎。但這種傳感器檢測的是兩束激光的相位差，其檢測精度和靈敏度依然有限，需要提供一 種新型的高精度、高靈敏度的光學傳感器。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于提供一種基于激光器的傳感器，旨在提高測量精度和靈敏度。
[0004] 本發明是這樣實現的，一種基于激光器的傳感器，包括泵浦源、含有增益介質的第 一公共段、第二公共段以及通過第一偏振分光單元和第二偏振分光單元并列連接于第一公 共段和第二公共段之間的參考段和檢測段；
[0005] 所述第一偏振分光單元和第二偏振分光單元將入射光分為偏振方向不同的第一 線偏振光和第二線偏振光，所述第一公共段、第二公共段和參考段形成傳輸第一線偏振光 的第一激光諧振腔，所述第一公共段、第二公共段和檢測段形成傳輸第二線偏振光的第二 激光諧振腔；
[0006] 所述檢測段設有能引起光程變化的傳感元件，所述第二公共段設有一輸出單元或 者所述參考段和檢測段各設有一輸出單元，所述輸出單元連接合光單元，所述合光單元連 接光電探測器，激光從所述輸出單元輸出，經過合光后傳輸至所述光電探測器，在所述合光 單元和輸出單元之間還設有用于將第一線偏振光和第二線偏振光的偏振態變為一致的偏 振態旋轉單元。
[0007] 本發明提供的傳感器包括偏振態不同的兩個激光諧振腔，這兩個激光諧振腔共用 包含同一個增益介質的公共段，并且在檢測段設置能引起光程變化的傳感元件，通過傳感 元件感應被測物理量，導致檢測段傳輸激光頻率發生變化，使兩路激光產生頻率差，由這兩 路不同頻率的激光發生外差干涉，通過檢測頻率差確定被測物理量的大小，而由于激光振 蕩的頻率對諧振腔的光程變化非常敏感，因此該傳感器的檢測靈敏度和精度遠高于傳統的 基于相位差的傳感器，并且該傳感器的兩個諧振腔存在共程的光路，外界環境導致公共段 的變化所引起這兩個激光器的頻率變化基本一致，因此檢測頻率差值可以抵消這變化，因 此該傳感器抗干擾能力強，適合用于測量多種物理量的微小變化。
【附圖說明】
[0008] 圖1是本發明第一實施例提供的基于激光器的傳感器的結構示意圖（一）；
[0009] 圖2是本發明第一實施例提供的基于激光器的傳感器的結構示意圖（二）；
[0010]圖3是本發明第一實施例提供的基于激光器的傳感器的結構示意圖（三）；
[0011] 圖4是本發明第一實施例提供的基于激光器的傳感器的結構示意圖（四）；
[0012] 圖5是本發明第二實施例提供的基于激光器的傳感器的結構示意圖；
[0013] 圖6是本發明第三實施例提供的基于激光器的傳感器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0014] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。
[0015] 以下結合具體實施例對本發明的具體實現進行詳細描述：
[0016] 請參考圖1至圖4,本發明實施例提供一種基于激光器的傳感器，包括泵浦源01、 設有增益介質021的第一公共段02、第二公共段03以及并列連接于第一公共段和第二公 共段之間的參考段04和檢測段05,參考段04和檢測段05的兩端分別通過第一偏振分光 單元06和第二偏振分光單元07連接于第一公共段02和第二公共段03之間。第一偏振分 光單元06和第二偏振分光單元07能夠將入射光分為偏振方向不同的第一線偏振光和第二 線偏振光，當然也可以將偏振方向不同的第一線偏振光和第二線偏振光合為一束光輸出， 通常，第一線偏振光和第二線偏振光的偏振方向垂直。為了便于描述，將該第一線偏振光和 第二線偏振光分別記為S光和P光，當然做相反標記也是可以的。該第一公共段02和第二 公共段03的端部可以設置反射鏡或雙色鏡等部件，作為激光諧振腔的端鏡，該第一公共段 02、第二公共段03和參考段04形成傳輸第一線偏振光的第一激光諧振腔，第一公共段02、 第二公共段03和檢測段05形成傳輸第二線偏振光的第二激光諧振腔。在檢測段，設有能 引起光程變化的傳感元件051，該傳感元件051用于將被測物理量轉換成光程量，在第二公 共段03設有一輸出單元08,或者在參考段04和檢測段05各設有一輸出單元08,該輸出單 元08的輸出的激光經過合光單元11后產生干涉，利用光電探測元件09進行探測，為了實 現兩束光的干涉，還在光電探測元件09和輸出單元08之間設置偏振態旋轉單元10,用于將 第一線偏振光和第二線偏振光的偏振態變為一致。
[0017] 結合圖1，上述傳感器的工作原理為：泵浦源021發出泵浦光進入第一公共段02， 并激發增益介質021產生激發光，激發光經過第一偏振分光單元06分為S光和P光，并且 使P光進入檢測段05, S光進入參考段04,可以理解，本發明中采用S光或P光進行檢測都 是可行的。被測物理量作用于檢測段05的傳感元件051上，使P光頻率發生改變，而S光 頻率沒有變化，這樣，第一激光諧振腔和第二激光諧振腔中的激光產生與被測物理量相關 的頻率差，兩個諧振腔中不同頻率的激光經輸出單元輸出并進行合光后產生外差干涉，然 后由光電探測元件檢測干涉圖樣，進而獲得兩路激光的頻率差，根據該頻率差可以確定被 測物理量的大小。具體的，在第一激光諧振腔中，激光頻率為
【主權項】
1. 一種基于激光器的傳感器，其特征在于，包括泵浦源、含有增益介質的第一公共段、 第二公共段以及通過第一偏振分光單元和第二偏振分光單元并列連接于第一公共段和第 二公共段之間的參考段和檢測段； 所述第一偏振分光單元和第二偏振分光單元將入射光分為偏振方向不同的第一線偏 振光和第二線偏振光，所述第一公共段、第二公共段和參考段形成傳輸第一線偏振光的第 一激光諧振腔，所述第一公共段、第二公共段和檢測段形成傳輸第二線偏振光的第二激光 諧振腔； 所述檢測段設有能引起光程變化的傳感元件，所述第二公共段設有一輸出單元或者所 述參考段和檢測段各設有一輸出單元，所述輸出單元連接合光單元，所述合光單元連接光 電探測器，激光從所述輸出單元輸出，經過合光后傳輸至所述光電探測器，在所述合光單元 和輸出單元之間還設有用于將第一線偏振光和第二線偏振光的偏振態變為一致的偏振態 旋轉單元。
2. 如權利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述參考段包括參考光纖，所述檢測段包 括檢測光纖，所述能引起光程變化的傳感元件設置于所述檢測光纖段，所述參考光纖和檢 測光纖采用保偏光纖。
3. 如權利要求2所述的傳感器，其特征在于，所述參考光纖和檢測光纖各設有一所述 輸出單元，于其中一所述輸出單元的輸出光路上設有所述偏振態旋轉單元。
4. 如權利要求2所述的傳感器，其特征在于，所述第一公共段包括第一公共光纖，所述 第一公共光纖采用保偏光纖，所述第一公共光纖設有與所述泵浦源連接的波分復用器，所 述增益介質設置于所述波分復用器和第一偏振分光單元之間，所述泵浦源發出的泵浦光經 過所述波分復用器耦合進入所述第一公共光纖，用于泵浦增益介質。
5. 如權利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述第一公共段、第二公共段、參考段和 檢測段均采用自由空間傳輸。
6. 如權利要求2、4或5所述的傳感器，其特征在于，所述輸出單元設置于所述第二公共 段的末端，于所述輸出單元的出射光路上設有第三偏振分光單元，將所述輸出單元輸出的 光分為偏振方向不同的線偏振光，且使二者沿不同的路徑傳輸至所述光電探測元件，在其 中一種線偏振光的傳輸路徑上設有所述偏振態旋轉單兀，該偏振方向不同的線偏振光的偏 振態分別和所述的第一線偏振光和第二線偏振光的偏振態相同。
7. 如權利要求2、3或5所述的傳感器，其特征在于，所述第一公共段采用自由空間傳 輸，所述第一公共段還包括設置于所述泵浦源的輸出方向的雙色鏡，所述增益介質設置于 所述雙色鏡和第一偏振分光單元之間，所述泵浦源發出的泵浦光經過所述雙色鏡進入所述 第一公共段，用于泵浦增益介質。
8. 如權利要求1所述的傳感器，其特征在于，在所述參考段上設有延時單元。
9. 如權利要求1所述的傳感器，其特征在于，在所述參考段和/或檢測段設有可調衰減 單元。
10. 如權利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述第一公共段或第二公共段設有單頻 獲取單元，或者所述參考段和檢測段各設有一單頻獲取單元。
【專利摘要】本發明適用于傳感技術領域，提供一種基于激光器的傳感器，包括泵浦源、含有增益介質的第一公共段、第二公共段及參考段和檢測段；第一、第二公共段和參考段形成第一激光諧振腔，第一、第二公共段和檢測段形成第二激光諧振腔；檢測段設有傳感元件，第二公共段設有輸出單元或者參考段和檢測段各設有一輸出單元，輸出單元的出射光路上設有偏振態旋轉單元及光電探測器。本發明由兩路不同頻率的激光發生外差干涉，通過檢測頻率差確定被測物理量的大小，由于激光頻率對諧振腔的光程變化非常敏感，因此檢測靈敏度和精度較高，并且該傳感器的兩個諧振腔存在共程的光路，抗干擾能力強，適合用于測量多種物理量的微小變化。
【IPC分類】G01D5-26
【公開號】CN104634370
【申請號】CN201510072821
【發明人】文僑, 梁國文, 李冀, 牛憨笨
【申請人】深圳大學
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年2月10日