[发明专利]一种微弱光纤传感信号检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于光电子技术领域，具体涉及微弱光纤传感信号的检测。

背景技术

光纤传感器是近年来发展起来的一种新型检测器，它利用光纤在待测媒质中感受外界物理量的变化，使光纤材料本身特性发生变化，继而引起所传输光的特性如光强、相位、偏振态、波长等发生变化，从而实现对物理量的检测。光纤传感器种类繁多，目前常用的有光强型如光纤氢气传感器、光纤微弯传感器，相位型如光纤陀螺、偏振态型如光纤电流传感器和波长调制型如光纤光栅传感器等。

现有光强型光纤传感器均是利用由外界物理量的变化引起的光纤内传输光光强的微弱变化来检测物理量，在检测过程中，通常先将所得输出光经过光电转换后再在电域内采用电子的信号处理方法如窄带滤波法、双路消噪法、同步累积法、锁定接受法、取样积分法、相关检测法等，进行处理，如信号的放大、滤波等来提高待测信号的信噪比，从而成功检测到待测信号，具体可参见文献：何兆湘.光电信号处理.武汉:华中科技大学出版社,2008.pp97-114。然而在现有的光强型光纤传感器中，由外界物理量的变化引起的光纤内传输光光强的变化十分微弱，对后置的检测器灵敏度提出了很高的要求，不利于完成微弱光纤传感信号的高灵敏度检测。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的微弱光纤传感信号检测存在的上述问题，提出了一种新型的微弱光纤传感信号检测系统。

本发明的技术方案是：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。

进一步的，所述的腔镜具体为光纤光栅。

更进一步的，所述的光纤光栅具体为光纤布拉格光栅。

进一步的，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。

进一步的，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。

更进一步的，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。

基于上述系统，本发明还提出了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4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；