[发明专利]一种混沌光纤环衰荡传感装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及混沌光纤环衰荡传感装置，具体地说是一种利用混沌光纤激光器产生混沌激光注入光纤环实现光纤环衰荡传感的装置。

背景技术

衰荡腔光谱技术最早走入人们视野是在20世纪60年代，当时主要用来测定F-P腔内反射镜的反射率。随着研究的不断深入，1988年，美国Deacon实验室将脉冲激光光源引入到腔镜反射率的测量中，他们提出该方法不仅可以用来测量反射率，还可以将其用于光谱测量，并正式提出了衰荡腔光谱技术的定义。自此之后衰荡腔光谱技术得到了飞跃式的发展，并逐渐在气体、液体、压力、应变测量等各个领域得到了广泛的应用。随着光纤技术以及光纤器件的迅猛发展，研究者将光纤技术融入到衰荡腔光谱技术中，并逐渐形成了光纤衰荡腔光谱技术。2001年，Stewart等人利用掺铒光纤放大器以及透镜组成了光纤环形衰荡腔，用于进行压力及应力传感，这是人们首次将光纤技术应用到衰荡腔光谱技术中。与传统的由反射镜组成的衰荡腔相比，光纤环衰荡腔由于结构简单、易于集成、传输损耗低、抗干扰性强并且使用方便，因此这项技术一经提出，就引起了国内外学者的广泛关注和研究，并被应用到液体吸收探测、生物化学、应变传感等各个领域。光纤环衰荡腔光谱技术正在以飞速的发展渗透到传感、气体检测、液体测量等物理、化学、生物医学等多个领域。

传统的光纤衰荡技术实现的测量都是采用脉冲光源。脉冲光源在光纤传输时，由于光的色散会导致脉冲光在光纤中传输时展宽，从而影响测量的精度。若想要提高精度，需要采用色散补偿光纤，将大大增加系统的成本，难于实用化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是利用光纤激光器输出的混沌激光，输入到光纤环内，光在光纤环内传输，会产生与传播距离有关的时间延迟，通过混沌信号的自相关可获得相关峰值的大小，对相关峰进行拟合，可得出不同参数下的拟合曲线，从而实现光纤的传感和测量，即提供一种混沌光纤环衰荡传感装置及方法。

本发明实现上述目的所采取的措施是一种混沌光纤环衰荡传感装置及方法。

一种混沌光纤衰荡传感装置，包括混沌激光器、光纤环8、光电探测器9、数据采集处理装置10；混沌激光器产生的混沌光注入光纤环，产生与传播次数有关的延迟信息，混沌激光作为参考光经过光电探测器变成参考信号，经过光纤环后的测量光经过光电探测器后作为测量信号，将参考信号和测量信号输入数据采集和处理系统，进行互相关可实现不同峰值输出的类δ信号，通过对δ信号的峰值的检测和拟合，最终实现混沌光纤环衰荡传感和检测。

所述的混沌光纤衰荡传感装置，所述混沌激光器包括混沌激光器泵浦源1、混沌激光器波分复用器2、掺铒光纤3、混沌激光器输出耦合器4、混沌激光器腔中偏振控制器5、混沌激光器中可调光衰减器6、混沌激光器光隔离器7，混沌激光器泵浦源1发出的泵浦光通过混沌激光器波分复用器2耦合到激光腔内，此泵浦源采用单模光纤输出，这使得可以直接通过焊接来实现其与波分复用器的连接，避免了通过光纤调整架来实现光纤激光的耦合，增加了系统的稳定性；泵浦光进入到光纤激光腔内后进入掺铒光纤3，光经过混沌激光器输出耦合器4，一部分光继续在激光腔内传播至混沌激光腔中的偏振控制器5，通过混沌激光腔中的偏振控制器5可以调节激光器的输出状态；经过混沌激光腔中的偏振控制器5的光，继续传播到混沌激光腔中的可调光衰减器6，用于调节腔内的光的强度，经过混沌激光腔中的可调光衰减器6的光继续往前传播到混沌激光腔中的光隔离器7，混沌激光腔中的光隔离器的作用是保证光的单向传播，经过混沌激光腔中的光隔离器7后的传输光，进入到混沌激光腔中的波分复用器2,形成光纤环形激光器。

所述的混沌光纤衰荡传感装置，从混沌激光器输出耦合器4输出的另一部分混沌光，再分成两部分，一部分直接进入光电探测器9，经光电探测器9转变成参考信号后进入数据采集处理装置10，另外一部分进入光纤环8，在光纤环8里面加载所要传感的传感元，经过光纤环8后的混沌激光作为测量光进入光电探测器9，经光电探测器9转变成测量信号后也进入数据采集处理装置10；参考信号和测量信号在数据采集和处理装置10中，完成信号的相关和采集，通过对采集的信号进行数据拟合，即可实现光纤传感。

任一所述的混沌光纤衰荡传感装置，所述光纤环中的传感元是光纤型压力传感器或光纤型温度传感器或光纤型气体或液体传感器。

根据任一所述的混沌光纤衰荡传感装置实现光纤环衰荡传感的方法，具体方法如下：

根据朗伯-比尔定律，光纤环形衰荡腔中光纤衰减规律满足如下公式：