[发明专利]光纤布拉格光栅激光器的传感方法

说明书

技术领域

本发明属于光电子技术领域，涉及光纤传感等方面，与光纤传感器、分布反馈光纤激光器、光纤布拉格光栅、光强度调制器等有关，涉及复杂分布反馈光纤激光器的设计与制作，光纤光栅传感器的应用，广泛适用于对应变、温度、压力等各类物理量的测量，是双波长/多波长光纤激光传感器测量应变、温度等物理信息的一种传感测量方法，为一种光纤布拉格光栅激光器的传感方法。 

背景技术

光纤光栅传感器由于具有体积小、重量轻、抗干扰能力强，波长编码、易于复用组网等优点，使得光纤光栅传感器近年来得到的迅速发展，特别是大型建筑物和工业领域的应力、温度测量等领域得到了广泛应用，例如中国专利CN1316227C公开的一种光纤位移传感器，中国专利CN1384341A公开的压力与温度同时检测的光纤光栅传感器和中国专利CN1632488公开的光纤光栅测力计锚索应力传感器等应用方案。无源光纤光栅传感器是通过检测光纤光栅反射波长的变化来确定被检测信号的信息。但是普通无源光纤光栅的检测精度受到光纤光栅带宽和信噪比等因素限制很难达到更高的精度，在一些需要超高分辨率的场合，如水下微弱信号探测，用于地震勘探的地震检波器等，普通光纤光栅很难满足要求。 

为了得到高信噪比的光纤光栅传感信号，中国专利CN101398440A公开了“光纤激光加速度传感器”，通过在有源掺铒光纤上刻写短腔的布拉格光栅结构作出有源光纤光栅激光器，利用外界被检测物理量作用在激光器上来引起激光频率的变化从而检测该物理量的变化。但是所有无源和有源的传感器常常通过非平衡干涉仪这种解调仪器，将光信号转换成相位信息，来解调被测物理量，在这种情况下，干涉仪容易受到外界环境的干扰，稳定性不好，为了解决这一问题，【O.Hadeler，E， M.Ibsen，and R.I.Laming，“Polarization distributed feedback fiber laser sensor for simultaneous strain andtemperature measurements，”Appl.Opt.，1999，38(10)：1953-1958)和(B.Guan，H.Tam，S.Lau，and H.L.W.Chan，“Ultrasonic hydrophone based on distributed Bragg reflector fiberlaser，”IEEE Photon.Technol.Lett.，2005，16(1)：169-171】利用铒镱共掺光纤光栅激光器同时产生的两个偏振光的拍频信号来解调被检测的物理量。该方法能有效地解决环境 干扰的问题，但是铒镱共掺光纤的吸收系数很大，很难实现多个传感器在一根光纤上复用。 

另一方面由于技术的发展和通信方面应用的推动，近年来，双波长光纤激光器和多波长光纤激光器的研究开始起步，如中国专利申请号200710176169公开了“线型腔单偏振双波长光纤光栅激光器的实现方法”，在有源光纤上接入保偏光纤光栅及两个宽带光纤光栅，适当选择两个宽带光栅的反射谱互相隔并且两个反射峰分别对准保偏光纤光栅两个偏振方向反射峰，每个光栅只与保偏光纤光栅的一个偏振态的反射峰构成谐振腔，每个腔是独立的，在线型腔输出端会输出稳定的单偏振的双波长激光。【王利，陈柏，陈嘉琳，常丽萍，李国扬，孙安，林尊琪，“一种制作掺Yb相移光纤光栅激光器的实验方案”，中国激光，2007，34(12)：1617-1620】报道了利用遮挡法在有源掺Yb光纤上写入相移光纤光栅，制作了一只单纵模运转的光纤光栅激光器。【葛春风，赵东晖，杨秀峰，刘志国，吕可诚，董孝义，“可调谐环形腔光纤光栅激光器”，光学学报，1999，19(6)：762-765】报道了采用光纤光栅作为环形腔的反射器，通过悬臂梁利用双螺纹差动调节器进行细微调谐实现稳定的可调谐的、窄带宽激光输出。这些光纤光栅激光器目前的应用主要在通信领域，如波分复用系统(WDM)，或者微波光子学中的微波光子产生等。本专利的主要思想是把利用光纤光栅激光器的设计思想，研制出双波长/多波长光纤激光器并且和拍频技术结合，将其应用到光纤传感上。利用双波长/多波长激光相互之间的拍频来解调被检测的物理量，属于一种新颖的光纤传感器。 

发明内容

本发明要解决的问题是：光纤光栅传感信号易受干扰，测量精度不高，传感系统不够稳定，改进的利用铒镱共掺光纤光栅激光器同时产生的两个偏振光的拍频信号的检测方法不能实现多个传感器在一根光纤上复用。