[实用新型]一种利用啁啾光纤光栅实现激光拍频的测量装置

说明书

技术领域

本实用新型属于温度或应力的测量装置技术领域，具体涉及一种利用啁啾光纤光栅实现激光拍频的测量装置。

背景技术

近年来，光纤光栅在传感和通信领域的应用研究尤为引人注目，作为传感元件，光纤光栅将被感测信息转化为响应波长的移动，即用波长编码，因而不受光源功率波动和系统损耗的影响，稳定性较好；另外，光纤光栅具有可靠性好、抗电磁干扰和抗腐蚀等特点，这是其它传感元件所无法比拟的。然而如何检测光纤光栅响应波长的移动，即对波长编码信号进行解调，是实现光纤光栅传感的关键。一般来说，基于光纤布拉格光栅（FBG）传感器是通过光谱的方法来测量布拉格波长的变化，当光纤光栅接触一些应变或温度等物理量的变化时，布拉格波长会发生相应的变化，然而为了检测和测量这样的变化，虽然利用光谱分析仪（OSA）或电频谱分析仪（ESA）等传统光学仪器可以实现对波长编码的解调，但是这类仪器价格昂贵，导致解调系统的成本大大增加，而且体积庞大，携带不便，使用条件苛刻，不适于现场应用。因此，简化解调系统成为了人们关注的焦点，寻找切实可行且成本低廉的解调方案，是使光纤光栅传感器真正走向实用化所必须解决的首要问题。

发明内容

本实用新型解决的技术问题是提供了一种使用方便且成本低廉的利用啁啾光纤光栅实现激光拍频的测量装置。

本实用新型为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种利用啁啾光纤光栅实现激光拍频的测量装置，包括980nm泵浦光源，其特征在于：沿光传播方向依次通过光纤连接有波分复用、光纤光栅、掺饵光纤和线性啁啾光纤光栅，其中光纤光栅和线性啁啾光纤光栅构成光纤谐振腔，线性啁啾光纤光栅的色散量在2000ps/nm以上，波分复用的另一端通过光纤依次连接有光电探测器和示波器。

本实用新型通过激光拍频技术来实现波长编码信号的解调，该测量只需要通过常见的示波器就可以完成，同时，整个系统不再是纯光学设计，而是通过光学转化到电学，对今后光学和电学的联系也具有参考价值，该技术成本低廉，易于实现，具有超高稳定性和准确性，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1是本实用新型的模块连接图。

图面说明：1、980nm泵浦光源，2、光纤，3、波分复用，4、光纤光栅，5、掺饵光纤，6、线性啁啾光纤光栅，7、光电探测器，8、示波器。

具体实施方式

结合附图详细描述本实用新型的具体内容。一种利用啁啾光纤光栅实现激光拍频的测量装置，包括980nm泵浦光源1，沿光传播方向依次通过光纤2连接有波分复用3、光纤光栅4、掺饵光纤5和线性啁啾光纤光栅6，其中光纤光栅4和线性啁啾光纤光栅6构成光纤谐振腔，线性啁啾光纤光栅6的色散量在2000ps/nm以上，波分复用3的另一端通过光纤2依次连接有光电探测器7和示波器8。

本实用新型在使用过程中，光纤光栅（FBG）和线性啁啾光纤光栅（CFBG）组成一个光纤谐振腔，980nm泵浦光源通过波分复用（WDM）然后进入光纤谐振腔，光纤谐振腔中设有非线性增益的掺饵光纤，泵浦光经过掺饵光纤形成两个偏振态互相垂直的偏振光，在泵浦光源达到一定功率时，通过光纤光栅的滤波，可以检测到稳定的激光输出，连接光电探测器，通过示波器，可以看到激光拍频信号。实验中光纤光栅（FBG）是窄线宽、低反射率的，线性啁啾光纤光栅（CFBG）是色散率大，时延抖动小，光纤光栅（FBG）和线性啁啾光纤光栅（CFBG）的中心波长位置是一样的。

激光腔的谐振频率为：

式中q为纵模的阶次，c为光在真空中的传播速度，n为介质的折射率，L为激光谐振腔腔长。

根据上式，可以得到相邻纵模的频率间隔为：

激光腔的谐振频率，相邻纵模的频率间隔均与谐振腔长度L有关。

在常温下（即温度没有发生变化），通过调节泵浦功率，在示波器上可以看到一个稳定的拍频现象，激光的拍频频率为：。

当作用在光纤光栅上的温度（或者应力等物理变化）发生变化时，布拉格波长将会发生相应的变化，对应在线性啁啾光纤光栅上的波长位置也随之发生变化，由于线性啁啾光纤光栅的色散率较大，将会导致光纤谐振腔的腔长发生相对明显的变化，反应在示波器上就是拍频的频率将会发生明显变化，此时频率记为：。

这样，通过两次的拍频的频率变化量，可以算出来谐振腔长的具体变化量：

L的变化量为：

再根据线性啁啾光纤光栅的啁啾率C可以计算出时光纤光栅布拉格波长的变化量：