[发明专利]基于受激布里渊散射的倾斜光栅传感器

说明书

技术领域

本发明涉及折射率传感技术领域，尤其涉及一种基于受激布里渊散射的倾斜光栅传感器。

背景技术

折射率传感器在化学、生物医学、食品工业等领域均有很大的用处，并且越来越为人们所熟知。基于光纤光栅的折射率传感器由于具有体积小、成本低、无电磁干扰以及高灵敏度等优点，具有很大的应用范围。光纤光栅可以通过紫外曝光的方法写入普通单模光纤，通过测量光纤光栅模式的波长漂移或者功率变化，可以实现外界折射率的传感。

相对于普通的光纤光栅传感器，比如短周期布拉格光栅传感器、长周期光栅传感器等，倾斜光栅传感器具有很高的传感灵敏度。倾斜光纤光栅与普通布拉格光纤光栅同属于短周期光栅，与后者的不同之处在于其成栅平面与纤芯横截面成一夹角。这一结构上的差异导致倾斜光纤光栅的光谱结构与普通光纤光栅相比有了明显的变化, 进而导致其具有了一些新的传感特性。这些新的传感特性引起了国内外研究人员的广泛兴趣，并进行了初步的理论和应用研究。

受激布里渊散射是光纤中泵浦波、斯托克斯波通过声波进行作用的非线性效应。泵浦波通过电致伸缩产生声波，引起介质折射率的周期性调制，这期间产生两个耦合效应。一、泵浦引起的折射率光栅通过布拉格衍射散射泵浦光，产生了频率下移布里渊频移的布里渊增益谱；二是斯托克斯波将引起频率上移布里渊频移的布里渊损耗谱。不管是布里渊增益还是损耗，在幅度变化的同时，均伴随着相位的非线性变化。且斯托克斯波的放大量与泵浦波的损耗量及相应的相位变化与斯托克斯波、泵浦波的功率、频率以及光纤类型、光纤长度均有关系。近年来由布里渊散射效应引起的幅度和相位变化被广泛应用于光域中的信号处理。由于受激布里渊散射具有窄增益谱的特性（10M-30M），已被越来越多的人用来作为光学频谱测量的一种手段。将倾斜光栅的传感特性与受激布里渊的窄线宽结合起来，可以实现一种高灵敏度的折射率传感器，克服现有的一些传感器的不足。

 

发明内容  

本发明的目的在于克服传统折射率传感器的分辨率过低等不足，提供一种基于受激布里渊散射的倾斜光栅传感器。 

本发明解决技术问题所采取技术方案为：

基于受激布里渊散射的倾斜光栅传感器，包括可调激光器、1×2光耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、电光相位调制器、色散位移光纤、电光强度调制器、微波混频器、光纤掺铒放大器、倾斜光纤光栅、光隔离器、环形器、光电高速探测器和微波检波器。可调激光器的输出端与1×2光耦合器的输入端光连接，1×2光耦合器的一个输出端与第一偏振控制器的一端光连接，第一偏振控制器的另一端与电光强度调制器光输入端光连接，电光强度调制器光输出端与光纤掺铒放大器输入端光连接，光纤掺铒放大器输出端与倾斜光纤光栅的一端光连接，倾斜光纤光栅的另一端与环形器的1口光连接。

1×2光耦合器的另一个输出端与第二偏振控制器的一端光连接，第二偏振控制器的另一端与电光相位调制器光输入端光连接，电光相位调制器光输出端与光隔离器的输入端光连接，光隔离器的输出端与色散位移光纤的一端光连接，色散位移光纤的另一端与环形器的2口光连接。

环形器的3口与光电高速探测器输入端光连接，光电高速探测器的输出端与微波检波器的输入端电连接。

扫频微波信号分别输入至微波混频器的微波信号输入端、电光相位调制器的电输入端；布里渊频移微波信号输入至微波混频器的本征信号输入端，微波混频器的中频输出端与电光强度调制器的电输入端电连接。

本发明的有益效果：本发明结合倾斜光线光栅包层膜谐振波长对外界环境折射率变化的敏感性以及受激布里渊散射的窄增益谱特性，利用受激布里渊散射对波长的高分辨率来检测倾斜光纤光栅的包层膜波长移动实现对外界环境折射率的高灵敏度传感，克服了传统传感器的传感灵敏度不高的问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是基于受激布里渊散射实现传感检测的示意图。

 

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

本发明中倾斜光纤光栅实现对环境折射率的传感，通过引入受激布里渊散射来检测倾斜光纤光栅包层模波长随外界环境折射率变化引起的漂移，实现高精度的折射率传感。将倾斜光纤光栅传感器置于不同的折射率环境中，通过扫描输入微波信号的频率并测量链路末端输出的微波信号，即可实现对环境折射率的传感。