[发明专利]一种基于受激类拉曼的前向布里渊光纤激光传感器

说明书

本发明涉及一种光纤激光传感器，具体是一种基于受激类拉曼的前向布里渊光纤激光传感器，包括可调谐单频激光器、掺铒光纤放大器、偏振控制器、光耦合器、单模光纤、温度/应变控制系统、偏振合束器、光电二极管、频谱仪、光谱仪；温度/应变控制系统由光纤固定夹具和加热器组成。本发明设计合理，使用前向受激类拉曼布里渊光纤激光器，通过探测受激类拉曼散射类R_0m布里渊模式频移量，实现灵敏度可调的温度应变传感。

技术领域

本发明属于激光器研究领域，具体涉及一种基于受激类拉曼的前向布里渊光纤激光传感器。

背景技术

继1964年首次观察到受激布里渊散射(stimulated Brillouin scatting)以来，SBS作为光纤中一种典型的非线性光学效应，有着广泛的应用领域。利用布里渊光纤激光做传感由于严格的Brillouin频移、窄线宽，以及易兼容其他光纤元件等特点，可以实现远距离的实时测量和监控、无辐射干扰，电绝缘和抗电磁干扰性好，测量范围宽，具有高空间分辨率和高精度，主要应用在对温度或者应变的传感上。

在现有文献中搜索发现，国内外学者(Bao等发表的Opt.Lett.19,p.141,1994；Parker等发表的Opt.Lett.22,p.787,1997；Lee等发表的Tech.Lett.13,p.1094,2001；Zou等发表的Opt.lett.29,p.1485,2004；)在设计中均是利用后向受激布里渊散射效应实现对温度和应变的传感，但在温度应变灵敏度可调方面仍受限制，从而影响传感精度和应用范围。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于受激类拉曼的前向布里渊光纤激光传感器，利用受激类拉曼效应产生多个对温度应变灵敏度不同的类R_0m模式，通过探测多个类R_0m模式随温度应变变化的布里渊频移量从而实现灵敏度可调的温度应变的传感。

为实现上述目的，提出一种基于受激类拉曼的前向布里渊光纤激光传感器，包括：可调谐单频激光器、掺铒光纤放大器、偏振控制器、第一光耦合器、第二光耦合器、单模光纤、温度/应变控制系统、偏振合束器、第三光耦合器、光电二极管、频谱仪和光谱仪；其中温度/应变控制系统包括第一光纤固定夹具、第二光纤固定夹具、加热器；

可调谐单频激光器产生的的泵浦光，经掺铒光纤放大器放大，通过偏振控制器在第一光耦合器的端口a输入，经过第一光耦合器后输出光被分为两束反向传输的相干光，从第一光耦合器的端口b、端口c输入第二光耦合器，从端口e输入第二光耦合器的光分成两束反向传播光束从端口h和端口g输出，从端口h输入第二光耦合器的光分成两束反向传播光束从端口e和端口f输出，从端口f、端口g输入的光经过置于温度/应变控制系统中的单模光纤组成的光纤环，发生谐振后返回到第二光耦合器中，再从端口e和端口h返回到第一光耦合器中发生解调，当第二光耦合器和单模光纤形成的谐振腔的布里渊增益高于损耗时，形成前向受激类拉曼激光信号从第一光耦合器的端口b和端口c输入，满足相位条件的激光从d端口输出，不满足相位条件的光从a端口输出，经端口d输出的激光经偏振合束器调整偏振状态后，进入第三光耦合器中分为两束激光，一束由光电二极管和频谱仪记录光谱，另一束直接由光谱仪记录光谱，通过改变温度/应变控制系统内单模光纤所受的温度或应变环境，探测不同受激类拉曼散射类R_0m布里渊模式频移量，实现灵敏度可调的温度应变传感。

其中，可调谐光纤激光器采用中心波长为1550nm，光谱线宽为400GHz，边模抑制比45dB，相对噪声为-145dB/Hz，最大输出功率为10dBm，波长可调范围为1520-1630nm的连续运行激光器。

其中，掺铒光纤放大器增益为15dB，波长范围为1528nm～1565nm。

其中，第一光耦合器、第二光耦合器、第三光耦合器的分光比为50:50，用来将泵浦光分成两束相干光束。