[发明专利]一种基于差分式光纤谐振腔的高分辨率应变传感器

权利要求书

1.一种基于差分式光纤谐振腔的高分辨率应变传感器，包括激光模块、PDH频率锁定模块、光纤谐振腔模块和数据处理模块，其特征在于：

所述激光模块，用于通过激光器产生激光并进行激光偏振方向与偏振态调节，提供应变传感检测所需要的激光；

所述激光模块包括可调二极管激光器LD、激光器驱动Laser Drive、反射镜M1和M2、半波片HP、偏振分束器PBS和偏振控制器PC；

所述激光模块中，激光器驱动Laser Drive，用于改变可调二极管激光器LD电流，进而调节可调二极管激光器LD波长；可调二极管激光器LD产生激光，经反射镜M1和M2引导后进入半波片HP；经半波片HP调节激光偏振方向后传输至偏振分束器PBS，偏振分束器PBS将激光偏振分束，P光进入偏振控制器PC，S光进入光阱，偏振控制器PC控制激光的偏振态并将激光传输至PDH频率锁定模块；

所述光纤谐振腔模块包括两个光纤谐振腔，所述两个光纤谐振腔通过PDH频率锁定模块同时与激光模块中激光器进行频率锁定，以差分形式消除环境背景噪声干扰，并进行应变传感，产生PDH误差信号；

所述PDH频率锁定模块包括电光调制器EOM、光纤耦合器Coupler、光纤环形器CIR1、CIR2、本地振荡器LO、光电探测器PD1和PD2、混频器Mixer1和Mixer2、低通滤波器LPF1和LPF2、伺服放大器Sero；

所述PDH频率锁定模块中，本地震荡器LO产生高频信号驱动电光调制器EOM对激光模块产生的激光进行电光调制，经过调制后的激光进入光纤耦合器Coupler；

光纤耦合器Coupler将激光分为两路，分别经光纤环形器CIR1、CIR2传输至光纤谐振腔模块的两个光纤谐振腔，腔反射信号经光纤环形器CIR1、CIR2传输至光电探测器PD1和PD2，光电探测器PD1和PD2探测腔反射信号后分别通过混频器Mixer1和Mixer2与电光调制器EOM调制后的激光相乘，得到PDH误差信号；

PDH误差信号通过低通滤波器LPF1滤波后，作为伺服放大器Sero的驱动信号改变激光器驱动的电流，进而调节激光器的频率，使其与传感光纤谐振腔的谐振频率相匹配，使激光器频率位于谐振腔透射峰的中心，从而将激光器锁定到谐振腔上；

PDH误差信号通过低通滤波器LPF2滤波后传输至数据处理模块，用于应变传感；

所述数据处理模块，用于检测两个光纤谐振腔的透射信号以辅助所述两个光纤谐振腔与激光器的频率锁定，并进行PDH误差信号分析，实现应变响应能力测量。

2.根据权利要求1所述的一种基于差分式光纤谐振腔的高分辨率应变传感器，其特征在于：

所述可调二极管激光器LD波长1550nm，线宽为6kHz，输出功率为10mW；

激光器驱动Laser Drive包括电流源和温度控制器，电流源的电流噪声密度小于100，温度控制器使工作温度变化量小于1mK；

反射镜M1和反射镜M2为平面反射镜，直径25.4mm；

半波片HP工作波长为1550nm，镜片直径为25.4mm；

偏振分束器PBS工作波长为1550nm，P光进入偏振控制器PC，S光进入光阱；

偏振控制器PC工作波长为650~2000nm。

3.根据权利要求2所述的一种基于差分式光纤谐振腔的高分辨率应变传感器，其特征在于：

所述电光调制器EOM工作波长为1550nm，调制频率为25MHz；

光纤耦合器Coupler工作波长为1550nm，分束比为50:50，将激光平均分为两路；

光纤环形器CIR1、CIR2均为三通道的光纤环形器，激光从光纤环形器第一端口输入，从第二端口进入光纤谐振腔，同时腔反射信号从第二端口进入，并从第三端口输出；

光电探测器PD1和PD2探测波长范围为900-1700nm，中心波长为1550nm，带宽为17MHz；

伺服放大器Sero的有效带宽为10Hz。