[发明专利]基于多波长布里渊光纤激光器的光纤温度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤激光器传感器，尤其是包括窄线宽单频激光器，光分路器，偏振控制器，光隔离器，光环形器，单模传感光纤，掺铒光纤放大器，未泵浦的掺铒光纤，高速光电探测器，频谱分析仪的基于多波长布里渊光纤激光器的光纤温度传感器。

背景技术

在基于光纤激光器的传感器领域，国内外学者（A. T. Alavie, et. al. “A multiplexed Bragg grating fiber laser sensor system,” IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 5, no. 9, pp. 1112–1114, Sep. 1993；徐团伟等提出的发明专利，授权公开号：CN102829810A；Ahmad, H.; et. al.. Temperature Sensing Using Frequency Beating Technique From Single-Longitudinal Mode Fiber Laser, Sensors Journal, IEEE, vol.12, no.7, pp.2496-2500, July 2012）使用基于光纤光栅(FBG)的单波长光纤激光器，利用FBG对波长敏感的原理，构建了基于光纤激光器的温度传感器，灵敏度有每摄氏度GHz量级的变化，但还是存在一些不足，一方面当使用滤波器进行解调探测时，受滤波器可调速度的影响，不仅加大了系统的复杂程度而且降低了系统的响应速度，另一方面当使用拍频解调探测时，需要一个和此光纤激光器输出相匹配的单频光源作为参考，这样不仅增加了成本，而且不适用与高温度探测，第三方面是这类激光传感器测量精度会受限于FBG的带宽大小；同样对于基于FBG多波长光纤激光器的分布式多点温度传感器（R. Perez-Herrera, et. al.. L-Band Multiwavelength Single-Longitudinal Mode Fiber Laser for Sensing Applications, J. Lightwave Technol. 30, 1173-1177, 2012.）也会出现单波长光纤激光器的第一和第三方面的问题；为了解决前两个问题，南京大学陈向飞课题组提出了一种基于多纵模光纤激光传感器（Zuowei Yin; et. al.. Fiber Ring Laser Sensor for Temperature Measurement, Lightwave Technology, Journal of , vol.28, no.23, pp.3403,3408, Dec.1, 2010；S. Liu, et. al.. Multilongitudinal mode fiber laser for strain measurement, Opt. Lett. 35, 835-837, 2010.），通过对光纤激光器基频及不同阶纵模的拍频探测，获取环境温度值，但由于此温度传感器的机理是传感光纤自身热效应，所以即使是基频的76倍纵模，其灵敏度也仅有每摄氏度kHz量级的变化。

上述这些光纤激光器传感器，不能同时实现高精度高灵敏度的温度测量，因此迫切需要开发一种高精度高灵敏度的光纤温度传感器。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种简单、稳定性好、高精度、高灵敏度的基于多波长布里渊光纤激光器的光纤温度传感器。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的。

一种基于多波长布里渊光纤激光器的光纤温度传感器，包括窄线宽单频激光器、偏振控制器、光隔离器、光分路器、未泵浦的掺铒光纤、光环形器、掺铒光纤放大器、单模传感光纤、温度控制系统、高速光电探测器和频谱分析仪；其特征在于：第一窄线宽单频激光器作为多波长窄线宽光纤激光器的泵浦光，经偏振控制器、光隔离器和第一光分路器的一个输入端注入到谐振腔中；泵浦光再经第二光环形器的第二端口、掺铒光纤放大器放大以及第二光环形器后，返回谐振腔中；然后经第一光分路器的另一个输入端和单模传感光纤，通过内嵌可饱和吸收体的窄带环形滤波器和第一光环形器后，再返回谐振腔中；其中，所述内嵌可饱和吸收体的窄带环形滤波器还包括未泵浦的掺铒光纤和第二光分路器，单模传感光纤置于温度控制系统内；最后再通过第三光分路器，将第一光分路器的另一个输出端和第二窄线宽单频激光器输出信号进行拍频，根据不同阶斯托克斯波的波长调节第二窄线宽单频激光器的输出波长，并与所输出的波长相匹配，拍频信号经过高速光电探测器后，使用频谱仪进行拍频分析。