[发明专利]一种微弱光纤传感信号检测系统及方法

权利要求书

1.一种微弱光纤传感信号检测系统，包括：第一腔镜、可调光衰减器、半导体光放大器和第二腔镜，所述第一腔镜、可调光衰减器、半导体光放大器和第二腔镜组成半导体光放大器谐振腔，所述第一腔镜和第二腔镜作为半导体光放大器谐振腔的腔镜，所述第一腔镜、可调光衰减器、半导体光放大器和第二腔镜通过光纤连接。

2.根据权利要求1所述的微弱光纤传感信号检测系统，其特征在于，所述的腔镜具体为光纤光栅。

3.根据权利要求2所述的微弱光纤传感信号检测系统，其特征在于，所述的光纤光栅具体为光纤布拉格光栅。

4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的微弱光纤传感信号检测系统，其特征在于，所述微弱光纤传感信号检测系统还包括位于谐振腔内的光学敏感元件。

5.根据权利要求1至3任一权利要求所述的微弱光纤传感信号检测系统，其特征在于，所述微弱光纤传感信号检测系统还包括位于谐振腔内的光耦合器。

6.根据权利要求5所述的微弱光纤传感信号检测系统，其特征在于，所述光耦合器与第一光纤布拉格光栅或第二光纤布拉格光栅通过光纤连接。

7.根据权利要求5或6所述的微弱光纤传感信号检测系统，其特征在于，所述光耦合器具体为10/90光耦合器，半导体光放大器的输出端与10/90光耦合器分光比为90的端口相连。

8.一种微弱光纤传感信号检测方法，具体包括如下步骤：

步骤1：确定光学工作参数：

步骤1a：将半导体光放大器的注入电流设置为I，I满足|I_m-I|<=β，其中，β为预先设置的阈值，I_m为半导体光放大器的最大注入电流，确定半导体光放大器的自发辐射增益谱线；

步骤1b：确定第一光纤布拉格光栅与第二光纤布拉格光栅，具体过程如下：利用光环形器分别测量第一光纤布拉格光栅与第二光纤布拉格光栅的反射谱线；比较第一光纤布拉格光栅与第二光纤布拉格光栅的反射谱线及半导体光放大器的自发辐射增益谱线，若半导体光放大器的增益大于检测系统固有损耗，并且第一光纤布拉格光栅与第二光纤布拉格光栅的反射谱有重叠区域，则可确定第一光纤布拉格光栅与第二光纤布拉格光栅；

步骤1c：把半导体光放大器的注入电流设为I，并保持不变，调整可调光衰减器的衰减值，得到谐振腔内传输光光功率随可调光衰减器的衰减值变化的特性曲线，所述特性曲线分为三个阶段：

第一阶段，设置可调光衰减器的衰减值初始值为0dB，对应谐振腔内传输光为自激振荡产生的激光，随着可调光衰减器的衰减值增大，谐振腔总损耗增大，但仍小于谐振腔内半导体光放大器提供的增益，谐振腔产生自激振荡输出激光；

第二阶段，当可调光衰减器的衰减值增大到谐振腔自激振荡的临界值，即谐振腔总损耗等于谐振腔内半导体光放大器提供的增益时，谐振腔处于自激振荡的临界区域；

第三阶段，当可调光衰减器的衰减值超过谐振腔自激振荡的临界值，即谐振腔总损耗大于谐振腔内半导体光放大器提供的增益时，随着可调光衰减器的衰减值的继续增大，谐振腔无法产生自激振荡，保持输出自发辐射光；

步骤2:确定静态工作点；

选取特性曲线上第二阶段，即功率发生跳变的区域为信号检测系统的工作区，把工作区的中点对应的衰减值设为信号检测系统的静态工作点；

步骤3:信号检测的实现；

步骤3a：将半导体光放大器的注入电流设为I，可调光衰减器的衰减值设置为信号检测系统的静态工作点，此时半导体光放大器谐振腔处于自激振荡临界点，对应特性曲线上第二阶段，得到谐振腔内传输光的光功率；

步骤3b：若存在外界敏感源，使信号检测系统的损耗或增益发生改变，则系统输出光功率发生跳变，跳变后的输出光功率对应特性曲线上的第一阶段或第三阶段，调节可调光衰减器的衰减值，当系统输出光功率等于步骤3a得到的谐振腔内传输光的光功率，即系统输出光功率再次对应特性曲线上的第二阶段时，记录可调光衰减器衰减值的改变量；

步骤3c:根据步骤3b得到的可调光衰减器衰减值的改变量，得到敏感源待测量，从而完成微弱光纤传感信号的检测。