[发明专利]基于可饱和吸收光纤的光纤光栅波长解调装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤光栅波长解调装置，尤其涉及一种基于可饱和吸收光纤的新型光纤光栅解调方法和装置。

背景技术

光纤光栅传感可实现对多种物理量的测量，同时具有结构紧凑、易于维护以及不受电磁干扰等优点，得到了广泛的工程应用。

光纤光栅的波长解调是光纤光栅传感应用中的关键技术之一。目前常用的解调方法有波长扫描法、F-P腔滤波法以及基于体光栅的色散解调法等。

波长扫描法采用波长可调谐激光器作为光源。波长扫描过程中，当波长与待解调光纤光栅中心波长一致时，光纤光栅反射光最强，由此得到光纤光栅的波长信息。该方法信噪比高，但是波长可调谐激光器成本较高。

F-P腔滤波法采用宽带光源。光纤光栅对特定波长的光产生反射，F-P腔在压电陶瓷的驱动下腔长发生变化，使得其透射波长也发生变化。当F-P腔透射波长与光纤光栅反射波长一致时，F-P腔透射光强最大，由此得到光纤光栅的波长信息。该方法解调速度高，响应快，但信噪比较差，且成本较高。

在专利便携式光纤光栅波长解调仪(申请号201220387720.4)和基于面阵CCD的光纤光栅解调装置(申请号201210085512.3)中，作者都提出了使用体光栅将宽带光源在空间上进行色散展开，然后通过探测器对展开后不同位置的光进行探测，从而得到不同波长的光信号的强度。其作用类似一个小型的光谱仪。但是由于该类型的解调装置中需要使用大量的晶体光学器件，使得其结构复杂，成本较高，且在振动环境中无法使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种针对单只光纤光栅的波长解调方法和装置，不需要使用光谱分析设备，即可实现对光纤光栅波长的实时解调。

本发明的基本思路是利用激光器的脉冲重频信息实现对光纤光栅的波长解调。由于掺铥光纤或铥钬共掺光纤在1550nm附近有着较强的吸收，可以作为可饱和吸收光纤实现对掺铒光纤激光器的调Q。此外，在从1500nm到1585nm的范围内，掺铥光纤和铥钬共掺光纤的吸收系数都是单调递增趋势。这样，当激光器在不同波长振荡时，可饱和吸收光纤在腔内引入的损耗都不一样，从而使得激光器输出脉冲重频也随之发生变化。利用这种脉冲重频与激光波长之间的对应关系就可以实现对光纤光栅的波长解调。

本发明的技术解决方案为：

基于可饱和吸收光纤的光纤光栅波长解调装置，包括泵浦源、波分复用器、增益光纤、隔离器、可饱和吸收光纤、输出耦合器、环形器、待测量光纤光栅和光电探测系统；所述的波分复用器、增益光纤、隔离器、可饱和吸收光纤、输出耦合器和环形器通过光纤熔接机连接，形成光纤环路；所述的泵浦源通过波分复用器联接在光纤环路上；所述的待测量光纤光栅通过环形器联接在光纤环路上；所述环形器的输入端和输出端分别联接在光纤环路；所述的环形器的中间端与待测量光纤光栅联接；所述的光电探测系统通过输出耦合器联接在光纤环路上，用于光脉冲重复频率的测量。

上述基于可饱和吸收光纤的光纤光栅波长解调装置，所述的泵浦源为980nm半导体激光，所述的波分复用器为980nm/1550nm波分复用器，所述的增益光纤为单模掺铒光纤，所述的隔离器的工作波长为1550nm，所述的可饱和吸收光纤为掺铥光纤或铥钬共掺光纤。

上述基于可饱和吸收光纤的光纤光栅波长解调装置，所述待测量光纤光栅的中心波长为1550nm，3dB带宽小于0.3nm，反射率为30%～100%。

上述基于可饱和吸收光纤的光纤光栅波长解调装置，所述的光电探测系统包括光电二极管、放大处理电路、计数单元或示波器，光电二极管将脉冲光信号转换为电信号，经放大处理电路放大处理后，采用计数单元或示波器记录输出电信号的重复频率。

上述基于可饱和吸收光纤的光纤光栅波长解调装置，包括泵浦源、波分复用器、增益光纤、可饱和吸收光纤、待测量光纤光栅、和高反镀膜光纤；所述的高反镀膜光纤、波分复用器、增益光纤、可饱和吸收光纤和待测量光纤光栅通过光纤熔接机熔接，构成激光谐振腔；高反镀膜光纤为反射端镀有高反射膜的单模光纤；所述的泵浦源通过波分复用器联接在激光谐振腔内；所述的光电探测系统与待测量光纤光栅的输出端相联，用于光脉冲重复频率的测量。

上述基于可饱和吸收光纤的光纤光栅波长解调装置，所述的泵浦源为980nm半导体激光，所述的波分复用器为980nm/1550nm波分复用器，所述的增益光纤为单模掺铒光纤，所述的可饱和吸收光纤为掺铥光纤或铥钬共掺光纤。