[发明专利]一种低反射率外腔光纤F-P干涉型传感器的解调系统

权利要求书

1.一种低反射率外腔光纤F-P干涉型传感器的解调系统，包括：半导体光放大器SOA(1)、光隔离器(2)、F-P滤波器(5)和耦合器(4)顺次串联组成的闭环回路，其特征在于：在耦合器(4)两端分别连接有EFPI传感器(3)和光电三极管PD(6)，所述F-P滤波器(5)通过数模转换器DA(7)串联数字频率合成器DDS(8)组成解调器；在解调器中，F-P滤波器(5)通过数模转换器DA(7)输出驱动电压给数字频率合成器DDS(8)，使得F-P滤波器(5)在C波段内进行线性波长扫描的非线性校正，根据F-P滤波器(5)的电压-中心波长函数，推导出F-P滤波器(5)的扫描校正函数，通过扫描校正得到线性化光谱，数字频率合成器DDS(8)按扫描校正函数输出扫描信号，F-P滤波器(5)根据校正后的函数输出窄带扫描光，窄带扫描光通过耦合器(4)同时扫描EFPI传感器(3)和参考F-P标准具，扫描EFPI传感器(3)时，由于在C波段内扫描情况下，EFPI传感器(3)腔长L长度大于扫描光波长λ，通过反函数拟合直线得到两束反射光的相位差Φ＝4πnL(aλ+b)，且a，b为扫描光波长与相位的线性系数，然后通过数字频率合成器DDS线性扫描得到余弦关系光谱，再进行归一化处理得到标准余弦，展开后得到线性相位直线，进行拟合后得到线性相位直线的斜率k和截距q，求得EFPI传感器(3)腔长式中，n为空气腔折射率，参考F-P标准具将采样得到的线性化光谱按反余弦进行相位展开，在-π、π处进行相位拼接，拼接成相位直线后进行线性拟合，通过斜率计算出EFPI传感器(3)的腔长，并采用线性化光谱对推导出F-P滤波器(5)的扫描校正函数进行修正。

2.如权利要求1所述的低反射率外腔光纤F-P干涉型传感器的解调系统，其特征在于：半导体光放大器SOA(1)串联光隔离器(2)连接F-P滤波器(5)构成扫描激光光源。

3.如权利要求1所述的低反射率外腔光纤F-P干涉型传感器的解调系统，其特征在于：窄带扫描光进入EFPI传感器(3)后反射，通过耦合器(4)将反射光输入到光电三极管PD(6)中，得到EFPI传感器(3)的响应反射光谱。

4.如权利要求1所述的低反射率外腔光纤F-P干涉型传感器的解调系统，其特征在于：根据F-P滤波器(5)的电压-中心波长的二次非线性关系，调整F-P滤波器(5)的驱动电压，使驱动电压不再以线性方式驱动F-P滤波器(5)，而输出光的波长扫描则以线性方式变化。

5.如权利要求1所述的低反射率外腔光纤F-P干涉型传感器的解调系统，其特征在于：EFPI传感器(3)应用光纤套管(10)的两端分别套住两段单模光纤，在光纤套管(10)套住两段单膜的光纤端面(11)之间形成连通纤芯(9)的空气腔(13)，光纤套管(10)两侧处用端面光学胶(12)进行固定。

6.如权利要求5所述的低反射率外腔光纤F-P干涉型传感器的解调系统，其特征在于：在空气腔(13)两端的光纤端面(11)处不镀反射膜，入射光I₀通过纤芯(9)入射，在空气腔(13)两端的光纤端面(11)处发生两次反射，空气和石英光纤反射率R＝0.0341，根据多光束干涉原理，在R极小时，等效为双光束干涉模型，反射光强I_r＝2R(1-cosΦ)I₀(2)，其中，Φ是两束反射光的相位差。

7.如权利要求6所述的低反射率外腔光纤F-P干涉型传感器的解调系统，其特征在于：根据F-P滤波器的特性，设波长扫描位置为λ_i，波长扫描间隔为Δλ，扫描波长λ与驱动电压为：λ＝av²+bv+c，为了实现线性扫描，扫描光波长λ与时间t成线性关系：λ＝av²+bv+c＝k₁t，通过计算得到线性扫描下的数字频率合成器 DDS数字量d_i与扫描时间t的关系，其中，数字量d_i和电压v_i存在对应关系，i＝0…n，c为常数。