一種利用啁啾光纖光柵實現激光拍頻的測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于溫度或應力測量裝置技術領域，具體涉及一種利用啁嗽光纖光柵 實現激光拍頻的測量裝置。
【背景技術】
[0002] 1989年Meltz等人提出了光纖布拉格光柵可用紫外激光從側面對光纖全息曝光 來制作光纖布拉格光柵，并證明摻鍺光纖在244nm波長附近約35nm寬的強烈吸收帶上可以 寫入光柵，另外由于這種方法制作的光柵其周期和線寬都可以單獨選擇，因而此技術便得 到了充分的研究和發展。近幾十年來，光纖光柵傳感器一直是世界各國科研工作者研究的 熱點，從最基本的溫度，應變，壓力以及到電壓，電流，電磁場，振動等各種物理量的測量，都 是光纖光柵應用的重要場合。目前世界上各個國家對光纖光柵傳感的研究都投入了大量的 人力物力，光纖光柵傳感器的制作和封裝工藝已經非常可靠，應用范圍也越來越廣。
[0003] 光纖光柵與傳統的電學傳感器相比，它具有體積小、重量輕、可靠性好、抗干擾、耐 腐蝕、不受電磁干擾、能在復雜的環境下工作，尤其是因為采用波長編碼，光纖光柵傳感器 不受光源功率波動和光纖連接損耗以及光纖器件插入損耗的影響等諸多優點，所以它在傳 感方面的應用得到越來越多人們的重視。同時隨著波長解調技術的深入研究和不斷進步， 更加推動光纖光柵傳感器不斷地滲透到各個領域，不管是傳統的國防，航空航天等領域，還 是現在的物聯網，智能結構監測，智能土木建筑，智能航空等等系統都呼喚更加高質量，低 成本以及穩定性更好，傳感特性更加精密的光學傳感器。然而如何檢測光纖光柵響應波長 的移動，即對波長編碼信號進行解調，是實現光纖光柵傳感的關鍵。一般來說，基于光纖布 拉格光柵（FBG)傳感器是通過光譜的方法來測量布拉格波長的變化，當光纖光柵接觸一些 應變或溫度等物理量的變化時，布拉格波長會發生相應的變化，然而為了檢測和測量這樣 的變化，雖然利用光譜分析儀（OSA)或電頻譜分析儀（ESA)等傳統光學儀器可以實現對波 長編碼的解調，但是這類儀器價格昂貴，導致解調系統的成本大大增加，而且體積龐大，攜 帶不便，使用條件苛刻，不適于現場應用。因此，簡化解調系統成為了人們關注的焦點，尋找 切實可行且成本低廉的解調方案，是使光纖光柵傳感器真正走向實用化所必須解決的首要 問題。
【發明內容】
[0004] 本實用新型解決的技術問題是提供了一種使用方便且成本低廉的利用啁嗽光纖 光柵實現激光拍頻的測量裝置。
[0005] 本實用新型為解決上述技術問題采用如下技術方案，一種利用啁嗽光纖光柵實現 激光拍頻的測量裝置，其特征在于：980栗浦光源通過光纖連接波分復用器，該波分復用器 的一端通過光纖依次連接有第一摻餌光纖、光纖光柵、第二摻餌光纖、第一線性啁嗽光纖光 柵和第一光電探測器，其中光纖光柵和第一線性啁嗽光纖光柵構成第一光纖諧振腔，第一 線性啁嗽光纖光柵的色散量在2000ps/nm以上，波分復用器的另一端通過光纖依次連接有 第二線性啁嗽光纖光柵和第二光電探測器，其中第二線性啁嗽光纖光柵和光纖光柵構成第 二光纖諧振腔，第一光電探測器和第二光電探測器分別連接于同一示波器的兩端。
[0006] 本實用新型通過線性啁嗽光柵構成兩個光纖諧振腔實現兩組激光拍頻來實現波 長編碼信號的解調，具有更高的精確性，同時該技術成本低廉，易于實現，具有超高穩定性 和準確性，具有廣闊的市場前景。
【附圖說明】
[0007] 圖1是本實用新型的模塊連接圖。
[0008] 圖面說明：l、980nm栗浦光源，2、光纖，3、波分復用器，4、第一摻t耳光纖，5、光纖光 柵，6、第二摻鉺光纖，7、第一線性啁嗽光纖光柵，8、第一光電探測器，9、第二線性啁嗽光纖 光柵，10、第二光電探測器，11、示波器。
【具體實施方式】
[0009] 結合附圖詳細描述本實用新型的具體內容。一種利用啁嗽光纖光柵實現激光拍頻 的測量裝置，980栗浦光源1通過光纖2連接波分復用器3,該波分復用器3的一端通過光 纖2依次連接有第一摻餌光纖4、光纖光柵5、第二摻餌光纖6、第一線性啁嗽光纖光柵7和 第一光電探測器8,其中光纖光柵5和第一線性啁嗽光纖光柵7構成第一光纖諧振腔，第一 線性啁嗽光纖光柵7的色散量在2000ps/nm以上，波分復用器3的另一端通過光纖2依次 連接有第二線性啁嗽光纖光柵9和第二光電探測器10,其中第二線性啁嗽光纖光柵9和光 纖光柵5構成第二光纖諧振腔，第一光電探測器8和第二光電探測器10分別連接于同一示 波器11的兩端。
[0010] 本實用新型具體實施過程中，980nm栗浦光源通過波分復用器（WDM)然后進入光 纖諧振腔，光纖諧振腔中設有非線性增益的摻餌光纖，摻餌光纖激發出來的光在光纖諧振 腔內不斷的被放大，當栗浦光源達到一定功率時，通過光纖光柵的濾波，可以檢測到穩定的 激光輸出，連接光電探測器，通過示波器，就可以看到激光拍頻信號。實驗中所用光纖光柵 (FBG)是窄線寬、低反射率的，線性啁嗽光纖光柵（CFBG)是色散率大，時延抖動小，光纖光 柵（FBG)和線性啁嗽光纖光柵（CFBG)的中心波長位置是一樣的。
[0011] 激光腔的諧振頻率為：
式中q為縱模的階次，c為光在真空中 的傳播速度，η為介質的折射率，L為激光諧振腔腔長。
[0012] 根據上式，可以得到相鄰縱模的頻率間隔為：
[0014] 激光腔的諧振頻率Vq，相鄰縱模的頻率間隔均與諧振腔長度L有關。
[0015] 在常溫（即溫度，沒有發生變化）無應力施加情況下，通過調節栗浦功率，在示波 器上可以看到一個穩定的拍頻現象，激光的拍頻頻率為：
[0016] 當作用在光纖光柵上的溫度（或者應力等物理變化）發生變化時，布拉格波長將 會發生相應的變化，對應在線性啁嗽光纖光柵上的波長位置也隨之發生變化，由于線性啁 嗽光纖光柵的色散率較大，將會導致光纖諧振腔的腔長發生相對明顯的變化，反應在示波 器上就是拍頻的頻率將會發生明顯變化，此時頻率記為：
[0017] 這樣，通過兩次拍頻的頻率變化量，可以算出來諧振腔長的具體變化量：
[0019] L 的變化量為：Λ L = L2-L1。
[0020] 由于本實用新型搭建了兩個光纖諧振腔，由上述同理可得另一光纖諧振腔腔長 U根據溫度變化的變化量：Λ U =L3-L4,
[0021] 溫度變化前后拍頻的變化量：
[0023] 然后再對兩組光纖諧振腔腔長變化量求平均值
[0024] 再根據線性啁嗽光纖光柵的啁嗽率S (S = d λ /dz，表布拉格波長沿縱向ζ的變化 率，單位nm/cm)可以計算出時光纖光柵布拉格波長的變化量：
[0026] 溫度變化引起的光纖光柵反射波長移動可表示為：
[0028] 其中為光纖的熱光系數，描述光纖折射率隨溫度的變化關系，a s為光纖的熱 膨脹系數，描述光柵的柵距隨溫度的變化關系，從而檢測出作用在光柵上物理因素的變化 量。本實用新型通過構造雙光學諧振腔來實現對光纖光柵布拉格波長的解調，精確度更高， 具有良好的市場前景。
[0029] 以上顯示和描述了本實用新型的基本原理，主要特征和優點，在不脫離本實用新 型精神和范圍的前提下，本實用新型還有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保 護的本實用新型的范圍。
【主權項】
1. 一種利用啁嗽光纖光柵實現激光拍頻的測量裝置，其特征在于：980栗浦光源通過 光纖連接波分復用器，該波分復用器的一端通過光纖依次連接有第一摻餌光纖、光纖光柵、 第二摻餌光纖、第一線性啁嗽光纖光柵和第一光電探測器，其中光纖光柵和第一線性啁嗽 光纖光柵構成第一光纖諧振腔，第一線性啁嗽光纖光柵的色散量在2000ps/nm以上，波分 復用器的另一端通過光纖依次連接有第二線性啁嗽光纖光柵和第二光電探測器，其中第二 線性啁嗽光纖光柵和光纖光柵構成第二光纖諧振腔，第一光電探測器和第二光電探測器分 別連接于同一示波器的兩端。
【專利摘要】本實用新型公開了一種利用啁啾光纖光柵實現激光拍頻的測量裝置，980泵浦光源通過光纖連接波分復用器，該波分復用器的一端通過光纖依次連接有第一摻餌光纖、光纖光柵、第二摻餌光纖、第一線性啁啾光纖光柵和第一光電探測器，其中光纖光柵和第一線性啁啾光纖光柵構成第一光纖諧振腔，波分復用器的另一端通過光纖依次連接有第二線性啁啾光纖光柵和第二光電探測器，其中第二線性啁啾光纖光柵和光纖光柵構成第二光纖諧振腔，第一光電探測器和第二光電探測器分別連接于同一示波器的兩端。本實用新型具有更高的精確性，成本低廉，易于實現，具有超高穩定性和準確性。
【IPC分類】G01D5/353
【公開號】CN204963883
【申請號】CN201520645954
【發明人】王旭, 陳龍飛, 張豪杰, 溫泉, 王芳
【申請人】河南師范大學
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年8月25日