[发明专利]一种全光纤声光调制移频器及采用该移频器的全光纤外差测量系统

说明书

本发明提出一种全光纤声光调制移频器及采用该移频器的全光纤外差测量系统，其中全光纤声光调制移频器包括布拉格光栅光纤、铝锥和压电陶瓷，压电陶瓷粘接固定在铝锥锥底平面上，铝锥的锥顶平面与锥底平面具有1.11°‑1.15°的角度范围，铝锥的锥顶平面垂直粘接在布拉格光栅光纤的端面上。该全光纤声光频移器的反射谱相对于现有典型横弯曲波声波或纵波声波作用下的全光纤声光调制移频器的反射谱发生变化，使其在相同大小的驱动功率下，获得更高的反射率。在降低本发明的制造成本的同时，也可降低功耗，解决现有全光纤声光调制移频器结构复杂、耦合效率低、调制范围小等问题。

技术领域

本发明涉及光电检测技术领域，尤其涉及一种全光纤声光调制移频器及采用该移频器的全光纤外差测量系统。

背景技术

外差技术是使用两路不同的频率的光进行干涉，获得的干涉信号包含了两路光的相位、振幅频率等信息，当其中一路光的状态发生改变，其干涉信号可以灵敏、高效的对改变量进行探测。外差系统的两路不同频率的光的获取方式通常是对激光器出射的光进行分束，并对其中一路光进行移频，再使两路光发生干涉，从而获得高信噪比的干涉光信号。移频方式通常为使用声光调制器件改变光的频率。

在空间光外差系统中，常使用体声光调控器件对光的传播方向和频率等进行调控，但空间光系统的稳定性差，容易受环境影响，再加上体声光调控器件需要精确的调试才能获得高强度的调控光，而使用光纤声光调制的全光纤系统可以完美地避开这些缺点。因此全光纤外差系统作为一种稳定的、易于使用、低损耗的系统，被广泛应用于速度传感、激光测量、光纤探测等领域。在全光纤外差探测系统中，全光纤的声光调制器是系统的核心器件，目前已有许多相关研究。

图2是现有典型的声波横弯曲波作用下的全光纤声光调制移频器结构示意图，超声换能器的铝锥尖端为无倾角平面，超声换能器与布拉格光纤光栅的侧面垂直粘合，粘合点距离光栅区域约1cm。当超声换能器加载射频电压后，产生的声波对光纤的折射率进行周期性的调制，使被调制的光栅的反射谱在原布拉格反射峰的短波长处出现新的反射峰，被新反射峰处反射的光会产生频移，频移量和超声换能器加载的射频电压频率相同，新生成的反射谱如图3中灰色曲线所示。但申请人在实际操作中发现这种全光纤声光调制器存在的问题是，当超声换能器的铝锥锥面为标准圆锥面时(即纵向截面形状为梯形)，在声波作用下，新生成的反射峰反射率较低，若要生成高反射率的反射峰，则要求超声换能器的铝锥锥面为指数型圆锥面(即纵向截面梯形的两个腰为指数型曲线)，这就对超声换能器的加工工艺带来了很高的要求，导致加工成本大幅上升，而且也需要高功率的射频信号进行驱动。

图4是现有典型的声波纵波下的全光纤声光调制移频器，超声换能器的铝锥尖端也是无倾角平面，超声换能器与光纤截面通过紫外固化胶粘合，粘合点距离光栅区域约1cm。当超声换能器加载射频电压后，产生的纵波声波对光纤的折射率进行周期性的调制，在原布拉格反射峰两边产生新的成对反射峰，新生成的反射谱如图5中灰色曲线所示。被新反射峰反射的光会产生频移，频率该变量和超声换能器加载的射频电压频率成正比。但这种全光纤声光调制器存在的问题是，产生的新反射峰与原布拉格反射峰有较高的重叠率，导致调制范围小，若需要产生不重叠的新边带则需要高功率的射频信号进行驱动，并且也需要超声换能器采用如上所述的具有指数型圆锥面的铝锥锥面，同样存在对超声换能器的加工工艺带来很高要求的问题。

综上所述，全光纤的声光调制移频器可以很好的替代空间光中的体声光调制器，获得稳定的、高效、紧凑的全光纤外差探测系统，但是现有典型的使用横弯曲波或纵波作用于光纤布拉格光栅的光纤声光调制移频器存在对超声换能器形状和功率要求高，模式耦合效率低，可调节范围小等问题需要解决。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种全光纤声光调制移频器，以解决现有全光纤声光调制移频器结构复杂、耦合效率低、调制范围小等问题。并通过该移频器构造了全光纤外差测量系统，用于高灵敏度、准确的测量待测物速度、相位等信息。

本发明的技术方案为：