[发明专利]一种基于级联长周期光纤光栅的分布式复用解调系统

摘要

一种基于级联长周期光纤光栅的分布式复用解调系统，本申请宽带光源与光纤耦合器的端口光信号连接，光纤耦合器与N个级联长周期光纤光栅传感器相连，N个级联长周期光纤光栅传感器与光纤耦合器光信号连接，光纤耦合器的另一接口与起偏器的输入端光连接，起偏器的输出光信号穿过双折射晶体光楔到达检偏器，光信号经过检偏器达到线阵CCD，线阵CCD和数据存储与处理设备相连。本发明提供一种基于级联长周期光纤光栅的分布式复用解调系统，本系统通过测量计算出传感器的谐振损耗峰波长位置，进而解调出待测量的信息，其通过并联布置一系列不同光程差的传感器，可实现多路传感器的复用，本发明系统具有系统空间分辨率高、可复用数目大、成本低廉的优点。

主权项

1.一种基于级联长周期光纤光栅的分布式复用解调系统，包括宽带光源(1)、第一光纤耦合器(2)、级联长周期光纤光栅传感器(3)、第二光纤耦合器(4)、起偏器(5)、双折射晶体光楔(6)、检偏器(7)、线阵CCD(8)和数据存储与处理设备(9)，其特征在于：所述宽带光源(1)与第一光纤耦合器(2)的端口光信号相连接，所述第一光纤耦合器(2)与至少2个级联长周期光纤光栅传感器(3)相连，所述级联长周期光纤光栅传感器(3)与第二光纤耦合器(4)通过光信号连接，所述第二光纤耦合器(4)的另一接口与起偏器(5)的输入端光连接，所述起偏器(5)的输出光信号穿过双折射晶体光楔(6)到达检偏器(7)，到达检偏器(7)的输出光信号经过检偏器(7)达到线阵CCD(8)，所述线阵CCD(8)和数据存储与处理设备(9)相连；所述级联长周期光纤光栅传感器(3)中的两个长周期光纤光栅完全相同，但两个长周期光纤光栅之间的距离不同，在第一个长周期光纤光栅后的短的光纤距离内设置另外一个相同的长周期光纤光栅，在光纤包层传播的光波会被另外一个相同的长周期光纤光栅反耦合回光纤芯层，并与从光纤芯层直接传播的那部分残余光波进行干涉，其中一条级联长周期光纤光栅传感器的光路为参考臂，其余包含级联长周期光纤光栅传感器的光路皆用作传感臂，光波经过级联长周期光纤光栅传感器(3)的两臂引入的相位差表示为:其中表示光纤对应芯层导模的有效折射率，表示第j阶包层模的有效折射率，l_c‑c,j表示光栅中心距；设进入每个级联长周期光纤光栅传感器前的光强为I₀，则从级联长周期光纤光栅传感器传出后的光强为I₁；I₁＝(τ₀²+τ_j²+τ₀τ_jcosΔΦ)I₀(2)；τ₀表示长周期光纤光栅芯层的透射系数τ_j表示长周期光纤光栅第LP0j阶包层模的透射系数；预设不同的级联长周期光纤光栅传感器(3)中的光纤光栅间距离不同，则每个传感器中的光信号引入的光程差不同；在解调模块中依次通过起偏器、双折射晶体光楔和检偏器，经过起偏器的线偏振光垂直入射双折射晶体的理想情况下，O光和E光在双折射晶体内的几何路径相同，但折射率不同，这就导致双折射晶体内O光和E光走过的光程不同，产生一个相位差n₀表示双折射晶体中O光折射率与E光折射率差值的绝对值，用光源中心波长处对应的折射率差值来表示，d表示双折射晶体光楔的厚度；当双折射晶体光楔引起的光程差和级联长周期光纤光栅传感器引起的光程差相匹配时，会在线阵CCD相应的局部区域产生明显的低相干干涉条纹，产生的干涉条纹的光强为I₂；光信号通过双折射晶体光楔形成空间低相干干涉条纹并被线阵CCD接收，线阵CCD将接收到的信号输出至信号处理系统，由信号处理系统对干涉条纹信号进行解调。