CN101793570B - 光纤布拉格光栅激光器的传感方法 - Google Patents

Abstract

光纤布拉格光栅激光器的传感方法，利用光纤布拉格光栅作为谐振腔的反射镜，中间加上能够产生足够增益的有源光纤，在泵浦光源的作用下形成双波长/多波长光纤布拉格光栅激光器作为传感器。当外界的应变、温度等物理量作用于传感系统时，双波长或者多波长激光之间的拍频信号频率将发生漂移，通过检测拍频信号频率信息，可以对应力、温度等物理参量进行高精度测量。本发明制作简单，工作稳定可靠，不受光强、偏振等光信息量的干扰，测量结果稳定、精度高；通过频分复用的方式可以实现多点分布式传感测量；在频谱分析仪检测前加上电光调制器，可以实现任意调整拍频信号频率，可以大大降低频谱分析仪频谱范围，降低检测成本。

Description

光纤布拉格光栅激光器的传感方法

技术领域

本发明属于光电子技术领域，涉及光纤传感等方面，与光纤传感器、分布反馈光纤激光器、光纤布拉格光栅、光强度调制器等有关，涉及复杂分布反馈光纤激光器的设计与制作，光纤光栅传感器的应用，广泛适用于对应变、温度、压力等各类物理量的测量，是双波长/多波长光纤激光传感器测量应变、温度等物理信息的一种传感测量方法，为一种光纤布拉格光栅激光器的传感方法。 

背景技术

光纤光栅传感器由于具有体积小、重量轻、抗干扰能力强，波长编码、易于复用组网等优点，使得光纤光栅传感器近年来得到的迅速发展，特别是大型建筑物和工业领域的应力、温度测量等领域得到了广泛应用，例如中国专利CN1316227C公开的一种光纤位移传感器，中国专利CN1384341A公开的压力与温度同时检测的光纤光栅传感器和中国专利CN1632488公开的光纤光栅测力计锚索应力传感器等应用方案。无源光纤光栅传感器是通过检测光纤光栅反射波长的变化来确定被检测信号的信息。但是普通无源光纤光栅的检测精度受到光纤光栅带宽和信噪比等因素限制很难达到更高的精度，在一些需要超高分辨率的场合，如水下微弱信号探测，用于地震勘探的地震检波器等，普通光纤光栅很难满足要求。 

为了得到高信噪比的光纤光栅传感信号，中国专利CN101398440A公开了“光纤激光加速度传感器”，通过在有源掺铒光纤上刻写短腔的布拉格光栅结构作出有源光纤光栅激光器，利用外界被检测物理量作用在激光器上来引起激光频率的变化从而检测该物理量的变化。但是所有无源和有源的传感器常常通过非平衡干涉仪这种解调仪器，将光信号转换成相位信息，来解调被测物理量，在这种情况下，干涉仪容易受到外界环境的干扰，稳定性不好，为了解决这一问题，【O.Hadeler，E， 

M.Ibsen，and R.I.Laming，“Polarization distributed feedback fiber laser sensor for simultaneous strain andtemperature measurements，”Appl.Opt.，1999，38(10)：1953-1958)和(B.Guan，H.Tam，S.Lau，and H.L.W.Chan，“Ultrasonic hydrophone based on distributed Bragg reflector fiberlaser，”IEEE Photon.Technol.Lett.，2005，16(1)：169-171】利用铒镱共掺光纤光栅激光器同时产生的两个偏振光的拍频信号来解调被检测的物理量。该方法能有效地解决环境 干扰的问题，但是铒镱共掺光纤的吸收系数很大，很难实现多个传感器在一根光纤上复用。 

另一方面由于技术的发展和通信方面应用的推动，近年来，双波长光纤激光器和多波长光纤激光器的研究开始起步，如中国专利申请号200710176169公开了“线型腔单偏振双波长光纤光栅激光器的实现方法”，在有源光纤上接入保偏光纤光栅及两个宽带光纤光栅，适当选择两个宽带光栅的反射谱互相隔并且两个反射峰分别对准保偏光纤光栅两个偏振方向反射峰，每个光栅只与保偏光纤光栅的一个偏振态的反射峰构成谐振腔，每个腔是独立的，在线型腔输出端会输出稳定的单偏振的双波长激光。【王利，陈柏，陈嘉琳，常丽萍，李国扬，孙安，林尊琪，“一种制作掺Yb相移光纤光栅激光器的实验方案”，中国激光，2007，34(12)：1617-1620】报道了利用遮挡法在有源掺Yb光纤上写入相移光纤光栅，制作了一只单纵模运转的光纤光栅激光器。【葛春风，赵东晖，杨秀峰，刘志国，吕可诚，董孝义，“可调谐环形腔光纤光栅激光器”，光学学报，1999，19(6)：762-765】报道了采用光纤光栅作为环形腔的反射器，通过悬臂梁利用双螺纹差动调节器进行细微调谐实现稳定的可调谐的、窄带宽激光输出。这些光纤光栅激光器目前的应用主要在通信领域，如波分复用系统(WDM)，或者微波光子学中的微波光子产生等。本专利的主要思想是把利用光纤光栅激光器的设计思想，研制出双波长/多波长光纤激光器并且和拍频技术结合，将其应用到光纤传感上。利用双波长/多波长激光相互之间的拍频来解调被检测的物理量，属于一种新颖的光纤传感器。 

发明内容

本发明要解决的问题是：光纤光栅传感信号易受干扰，测量精度不高，传感系统不够稳定，改进的利用铒镱共掺光纤光栅激光器同时产生的两个偏振光的拍频信号的检测方法不能实现多个传感器在一根光纤上复用。 

本发明的技术方案为：光纤布拉格光栅激光器的传感方法，包括传感探头，传输光纤、波分复用器、泵浦光源、光电探测器和频率检测与处理部分，传感探头由光纤布拉格光栅激光器封装组成，光纤布拉格光栅激光器包括多波长分布反射式光纤布拉格光栅激光器和双波长光纤布拉格光栅激光器，光纤布拉格光栅激光器产生至少一个可探测的拍频信号，光纤布拉格光栅激光器发出多种波长激光λ₁，λ₂，...，λ_N，N≥2，N是光纤激光传感头激射的总激光波长数，泵浦光源发出的光经过波分复用器进入传感探头，激射出双/多波长的激光经过传输光纤和波分复用器送入到光电探测器转化成电信号，再输入频率检测与处理部分，所述电信号是各种波长激光之间的拍频，检测任何两个波长 之间的拍频频率 ${\mathrm{\δf}}_{\mathrm{ij}}=|\frac{c}{\mathrm{\λi}}-\frac{c}{\mathrm{\λj}}|,$ λ_i，λ_j是传感器的第i，j个激光波长，i，j≤N，λ_i，λ_j随着被测物理量的变化而变化，所以拍频δf_ij也包含被测物理量的变化信息，频率检测与处理部分还原出被测物理量的变化信息。 

多波长分布反射式光纤布拉格光栅激光器两端各有一个光纤布拉格光栅，光纤布拉格光栅可以刻在有源光纤上，也可以刻在无源光纤上，且光栅之间的光纤部分至少一部分是有源光纤，有源光纤包括掺铒光纤、铒釔共掺光纤；双波长光纤布拉格光栅激光器的光纤布拉格光栅写在掺铒光纤上，形成有源双波长光纤激光器，用紫外曝光法在掺铒光纤上写入三段等长度结构光纤光栅，每两段间引入等效π相移。 

本发明在波分复用器与光电探测器之间设有掺铒光纤放大器。 

进一步的，在波分复用器与掺铒光纤放大器之间设有光纤隔离器，掺铒光纤放大器至光电探测器的连接上依次设有偏振控制器和LiNbO₃电光调制器，LiNbO₃电光调制器连接偏置电压源和射频信号发生器。 

本发明可以实现一根光纤上多个传感器的复用，将具有不同拍频频率的双波长光纤布拉格光栅激光器串接在一根光纤上，形成双波长传感器复用网络，所有双波长光纤布拉格光栅激光器的拍频信号一起通过掺铒光纤放大器后，经过光电探测器后转化为电子信号，把这些带有传感信息的电子信号分成k路，k为双波长光纤布拉格光栅激光器个数，利用带通滤波器根据各个双波长光纤布拉格光栅激光器的拍频频率范围，将所述电子信号进行一级宽带选频，每个带通滤波器对应一个双波长光纤布拉格光栅激光器，滤除其他激光器拍频信号，然后分别由频率检测与处理部分还原出各双波长光纤布拉格光栅激光器对应的被测物理量的变化信息，实现多个双波长光纤布拉格光栅激光器的多传感频分复用。 

在掺铒光纤放大器至光电探测器的连接上依次设有偏振控制器和LiNbO₃电光调制器的情况下，将具有不同拍频频率的双波长光纤布拉格光栅激光器串接在一根光纤上，形成双波长传感器复用网络，所有双波长光纤布拉格光栅激光器的拍频信号一起通过掺铒光纤放大器后，经过LiNbO₃光电调制器降低拍频传感信号频率，再经过光电探测器后转化为电子信号，把这些带有传感信息的信号分成k路，k为双波长光纤布拉格光栅激光器个数，利用带通滤波器根据各个双波长光纤布拉格光栅激光器的拍频频率范围，将所述电子信号进行一级宽带选频，每个带通滤波器对应一个双波长光纤布拉格光栅激光器，滤除其他激光器拍频信号，然后分别由频率检测与处理部分还原出各双波长光纤布拉格光栅激光器对应的被测物理量变化信息，实现多个双波长光纤布拉格光栅激光器 降频调制和多传感频分复用。 

本发明被测物理量包括温度、应变、振动、电压、磁场，直接测量温度、应变物理量，其它被测物理量转化为温度、应变来测量： 

采用双波长光纤布拉格光栅激光器时，当被测应力作用于传感探头，两激光输出波长漂移量为： 

$\frac{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\λ}}_m}{{\mathrm{\λ}}_m}=(1-P_e)\mathrm{\ϵ}+(\mathrm{\α}+\mathrm{\ξ})\mathrm{\ΔT},m=\mathrm{1,2}$

这里ε是施加在传感探头光纤的纵向应变，P_e为光栅间光纤的有效弹光系数，α为光栅间光纤的热膨胀系数，ξ为光栅间光纤的热光系数，λ_m，m＝1，2是双波长光纤布拉格光栅激光器的输出波长，Δλ_m，m＝1，2是双波长光纤布拉格光栅激光器的波长改变量，ΔT是测量的温度变化，双波长光纤布拉格光栅激光器输出的两个波长光干涉后产生传感拍频信号，拍频信号频率与应力变化关系可以表示如下： 

$\mathrm{\δf}=\frac{c}{{\mathrm{\λ}}_1}-\frac{c}{{\mathrm{\λ}}_2}=\mathrm{\δ}{f}_0\frac{1}{1+(1-P_e)\mathrm{\ϵ}}\≈\mathrm{\δ}{f}_0[1-(1-P_e)\mathrm{\ϵ}]$

拍频信号频率与温度变化关系可以表示如下： 

$\mathrm{\δf}=\frac{c}{{\mathrm{\λ}}_1}-\frac{c}{{\mathrm{\λ}}_2}=\mathrm{\δ}{f}_0\frac{1}{1+(\mathrm{\α}+\mathrm{\ξ})\mathrm{\ΔT}}\≈\mathrm{\δ}{f}_0[1-(\mathrm{\α}+\mathrm{\ξ})\mathrm{\ΔT}]$

这里δf₀是没有任何物理量传感信息作用于传感探头上时，双波长光纤布拉格光栅激光器的拍频频率，通过测量拍频信号的偏移量就可以准确知道计算施加的应变或温度大小； 

采用多波长分布反射式光纤布拉格光栅激光器时，激光在两端光纤布拉格光栅形成的谐振腔内振荡，形成的多波长激光传感器的相邻两波长频率间隔为： 

$v=\frac{c}{2\mathrm{nL}}$

这里n是两光栅间光纤的折射率，L是两光纤布拉格光栅之间的谐振腔的长度，多波长之间的频率间隔为： 

$v=\frac{\mathrm{\ηc}}{2\mathrm{nL}}$

这里η＝1，2，......q，q≤p为多波长的间隔数目，p表示在光纤光栅谐振腔轴向形成的驻波的节点数目，即光纤光栅激光器激射的多波长激光的数目，光纤布拉格光栅中间谐振腔处的光纤受到应力、温度或者其他可以引起应力、或者温度变化的物理量变化时， 多波长分布反射式光纤布拉格光栅激光器的频率间隔会发生变化，即拍频频率发生变化，频率间隔与应力变化关系可以表示如下： 

$\mathrm{\Δv}=\frac{\mathrm{\ηc}}{2\mathrm{nL}}\frac{\mathrm{\Δn}}{n}+\frac{\mathrm{\ηc}}{2\mathrm{nL}}\frac{\mathrm{\ΔL}}{L}=v(\frac{\mathrm{\Δn}}{n}+\frac{\mathrm{\ΔL}}{L})=v(\frac{\mathrm{\Δn}}{n}+\frac{\mathrm{\ΔL}}{L})=v(1-P_e)\mathrm{\ϵ}$

这里ε是施加在传感探头(3)的纵向应变，P_e为两光栅间光纤有效弹光系数。频率间隔与温度变化关系可以表示如下： 

$\mathrm{\Δv}=\frac{\mathrm{\ηc}}{2\mathrm{nL}}\frac{\mathrm{\Δn}}{n}+\frac{\mathrm{\ηc}}{2\mathrm{nL}}\frac{\mathrm{\ΔL}}{L}=v(\frac{\mathrm{\Δn}}{n}+\frac{\mathrm{\ΔL}}{L})=v(\mathrm{\α}+\mathrm{\ξ})\mathrm{\ΔT}$

α为两光栅间光纤的热膨胀系数，ξ为两光栅间光纤的热光系数，ΔT是测量的温度变化。 

对于双波长传感器复用网络，根据采用多波长分布反射式光纤布拉格光栅激光器的检测方法，检测应变或温度大小，进一步得到振动、电压、磁场等物理量。 

采用多波长分布反射式光纤布拉格光栅激光器时，利用顺变体和频率检测装置实现对振动信号的检测，以及对温度、交变电磁场物理量的变化检测，将多波长分布反射式光纤布拉格光栅激光器两端光纤布拉格光栅中间的光纤部分，包括产生激光的有源光纤，缠绕在一个顺变柱体上，形成一个可探测振动信号光纤光栅传感器，这里两光纤布拉格光栅作为多波长分布反射式光纤布拉格光栅激光器的反射镜，中间形成激射激光的谐振腔，当顺变柱体感受到振动信号后，顺变柱体上的光纤长度会发生变化，光纤长度的变化使得激光谐振腔的共振条件发生变化，使得不同频率间隔的多模激光重新达到平衡，通过测量多模输出激光的频率间隔及它们之间的拍频信号即可以还原施加到顺变柱体上的振动常情况。 

本发明利用光纤光栅作为谐振腔的反射镜，中间加上能够产生足够增益的有源光纤，在980nm或者1480nm泵浦光源的作用下形成双波长/多波长光纤布拉格光栅激光器作为传感器。当外界的应变、温度等物理量作用于双波长/多波长激光传感器时，双波长或者多波长激光之间的拍频信号频率将发生漂移。通过高速光电探测器接收双波长/多波长激光相互之间拍频信号，然后通过频谱分析装置来检测双光束/多光束干涉信号频率信息，通过它可以对应力、温度等物理参量进行高精度测量。本发明利用光纤光栅激光器频率检测技术，通过对拍频激光波长之间的频率间隔监测的方法得到传感信息，所以它不受光强、偏振等光信息量的干扰，测量结果稳定、精度高；而且由于双波长/多波长光纤布拉格光栅激光腔是通过紫外曝光写在光纤或者有源光纤上，通过频分复用的方式可以实现多点分布式传感测量。在频谱分析仪检测前加上电光调制器，可以实现 任意调整拍频信号频率，甚至降低到几百兆甚至几十兆或者更低的频率，这样就可以大大降低频谱分析仪频谱范围，降低检测成本。与已知的光纤光栅传感检测手段相比，该检测方法易于实现，工作稳定可靠。 

附图说明

图1为本发明原理图。 

图2为本发明双波长光纤布拉格光栅激光器的结构示意图。 

图3为本发明双波长激光理论模拟的透射谱图。 

图4为本发明的利用光谱分析仪测得的双波长激光实际光谱图。 

图5为本发明双波长光纤布拉格光栅激光器的传感方法原理图。 

图6为图5的实验测得的拍频频率传感结果。 

图7为电光调制器作用下的双波长光纤布拉格光栅激光器的传感原理图。 

图8为本发明应力对应拍频频率信号的曲线图。 

图9为本发明的双波长传感器频分复用网络原理图。 

图10为本发明多波长光纤布拉格光栅激光器的传感系统原理图。 

具体实施方式

本发明的目的在于公开一种双波长/多波长光纤布拉格光栅激光传感方法，它通过高速光电探测器接收双波长/多波长激光相互之间拍频信号，然后通过频谱分析装置来检测双波长/多波长干涉信号频率信息，通过它可以对应力、温度等物理参量进行高精度测量。本发明利用光纤光栅激光器频率检测技术，通过对拍频激光波长之间的频率间隔监测的方法得到传感信息。所以它不受光强、偏振等光信息量的干扰，测量结果稳定、精度高。而且由于双波长/多波长光纤布拉格光栅激光腔是通过紫外曝光写在光纤或者有源光纤上，通过频分复用的方式可以实现多点分布式传感测量。 

传感的基本原理：本发明的一种双波长/多波长光纤布拉格光栅激光传感方法包含两大部分，如图1所示，所需设备包含传感探头3，传输光纤4、波分复用器2、泵浦光源1、光电探测器5和频率检测与处理部分6这些部分。传感探头3由双波长/多波长光纤布拉格光栅激光器及其封装组成，双波长/多波长光纤布拉格光栅激光器发出的多波长激光λ₁，λ₂，...，λ_N，N≥2，N是光纤激光传感头3激射的总激光波长数。980/1480nm泵浦激光器发出的光经过波分复用器2进入光纤激光传感头，激射出多波长的激光经过传输光纤4和波分复用器2送入到光电探测器5转化成电信号。这个电信号是各种 波长激光之间的拍频，任何两个波长之间的拍频频率 

λ_i，λ_j是传感探头3的第i，j个激光波长，i，j≤N，λ_i，λ_j随着被测物理量的变化而变化，所以拍频δf_ij也包含被测物理量的变化信息，通过测量δf_ij就可还原出被测物理量的变化信息，频率检测与处理部分6一般为频谱分析仪。在这个传感系统中，与传感直接相关的就两部分：一个是传感探头部分，另一个是频率频谱检测和处理部分，两者是相互独立，可以分开加以描述： 

传感探头部分：理论上，所有能够产生拍频信号的双波长/多波长光纤布拉格光栅激光器都可用来做本发明的传感探头。对于双波长激光器，【J.Sun，Y.T.Dai，X.F.Chen，Y.J.Zhang，and S.Z.Xie，“Stable dual-wavelength DFB fiber laser with separate resonantcavities and its application in tunable microwave generation”IEEE Photon.Technol.Lett.18，2587(2006)】等一些文献已经描述各种双波长激光器的设计和制作方法，这样的双波长激光器能够获得拍频信号，可以用来作为本发明的光纤传感器及传感探头。实际上，本发明对用来作为传感探头的双波长/多波长光纤布拉格光栅激光器要求比较宽松：即能够产生可探测拍频信号的双波长/多波长光纤布拉格光栅激光器都可以用作本发明传感器的传感探头。如本发明中所使用的双波长光纤布拉格光栅激光器，如图2所示，用紫外曝光法在掺铒光纤21上写入三段等长度结构光纤布拉格光栅31，每两段间引入等效π相移。这种结构，在每两个光纤布拉格光栅31间形成一个独立的谐振腔，两个光纤光栅激光谐振腔之间是相互隔离的。利用这种结构，激光的模式竞争被有效地抑制并且产生的激光稳定，能够产生可探测的拍频信号，然后通过传输光纤4传输到光电探测器5转换为电信号，通过频率分析装置来检测拍频信号的漂移确定待测物理量的变化。目前报道的其他双波长光纤布拉格光栅激光器都可以用来作为本发明的传感探头。另一种可以用来作为本发明传感探头的激光器就更为简单，是一种多波长分布反射式(DBR)光纤激光器结构，此种光纤激光器的两端各有一个光纤布拉格光栅31，这两个光纤布拉格光栅可以是刻在有源光纤上，也可以是刻在无源光纤上，两光纤布拉格光栅31之间的光纤部分至少一部分是有源光纤32，如掺铒光纤、铒釔共掺光纤等，保证在泵浦光的激励下，产生足够的增益产生激光激射；两光纤布拉格光栅31之间的光纤总长度可以从数厘米到数十米，甚至到数百米，根据应用的实际情况来决定，但必须产生至少一个可探测的拍频信号。 

频率频谱检测和处理部分：这部分是对于所探测的携带传感信息的拍频信号的频 率进行检测，即测出多个波长激光λ₁，λ₂，...，λ_N相互之间的拍频频率， 

(i，j≤N)，λ_i，λ_j是传感器的第i，j个激光波长，i，j≤N。使用频谱分析装置进行信号频谱还原，获得的频谱信息经过简单处理就可以获得被测物理量的传感信息。 

采用双波长光纤布拉格光栅激光器时，当被测应力作用于传感探头，两激光输出波长漂移量为： 

$\frac{{\mathrm{\Δ\λ}}_m}{{\mathrm{\λ}}_m}=(1-P_e)\mathrm{\ϵ}+(\mathrm{\α}+\mathrm{\ξ})\mathrm{\ΔT},m=\mathrm{1,2}$

这里ε是施加在传感探头光纤的纵向应变，P_e为有源光纤有效弹光系数，α为有源光纤的热膨胀系数，ξ为有源光纤的热光系数，λ_m，m＝1，2是双波长光纤布拉格光栅激光器的输出波长，Δλ_m，m＝1，2是双波长光纤布拉格光栅激光器的波长改变量，ΔT是测量的温度变化，双波长光纤布拉格光栅激光器输出的两个波长光干涉后产生传感拍频信号，拍频信号与应力变化关系可以表示如下： 

$\mathrm{\δf}=\frac{c}{{\mathrm{\λ}}_1}-\frac{c}{{\mathrm{\λ}}_2}={\mathrm{\δf}}_0\frac{1}{1+(1-P_e)\mathrm{\ϵ}}\≈{\mathrm{\δf}}_0[1-(1-P_e)\mathrm{\ϵ}]$

拍频信号与温度变化关系可以表示如下： 

$\mathrm{\δf}=\frac{c}{{\mathrm{\λ}}_1}-\frac{c}{{\mathrm{\λ}}_2}={\mathrm{\δf}}_0\frac{1}{1+(\mathrm{\α}+\mathrm{\ξ})\mathrm{\ΔT}}\≈{\mathrm{\δf}}_0[1-(\mathrm{\α}+\mathrm{\ξ})\mathrm{\ΔT}]$

这里δf₀是没有任何物理量传感信息作用于传感探头上时，双波长光纤布拉格光栅激光器的拍频频率，通过测量拍频信号的偏移量就可以准确知道计算施加的应变或温度大小；其他引起温度、应变变化的其他待测物理量的变化情况也可以通过此方法来确定。 

利用上述双波长激光传感器的紫外曝光方法，在一根光纤上写入多个光纤光栅对，形成多个双波长激光器。通过适当选取这些激光器的参数，使得这些双波长激光器具有不同的波长间隔，即有不同的拍频频率。通过测量这些激光器的不同拍频频率，来确定这些激光器的所检测的待测物理量的变化情况，利用一根光纤串接多个双波长激光器，通过频分复用来实现多个传感器网络复用技术，形成双波长传感器复用网络，所有双波长光纤布拉格光栅激光器的拍频信号经过光电探测器后转化为电子信号，把这些带有传感信息的电子信号分成k路，k为双波长光纤布拉格光栅激光器个数，利用带通滤波器根据各个双波长光纤布拉格光栅激光器的拍频频率范围，将所述电子信号进行一级宽带选频，每个带通滤波器对应一个双波长光纤布拉格光栅激光器，滤除其他激光器拍频信号，然后分别频率检测与处理部分还原出各双波长光纤布拉格光栅激光器对应的被测物 理量的变化信息，实现多个双波长光纤布拉格光栅激光器的多传感频分复用。 

采用多波长分布反射式光纤布拉格光栅激光器时，激光在两端光纤布拉格光栅形成的谐振腔内振荡，形成的多波长激光传感器的相邻两波长频率间隔为： 

$v=\frac{c}{2\mathrm{nL}}$

这里n是两光栅间光纤的折射率，L是两光纤布拉格光栅之间的谐振腔的长度，多波长之间的频率间隔为： 

$v=\frac{\mathrm{\ηc}}{2\mathrm{nL}}$

这里η＝1，2，......q，q≤p为多波长的间隔数目，p表示在光纤光栅谐振腔轴向形成的驻波的节点数目，即光纤光栅激光器激射的多波长激光的数目，光纤布拉格光栅中间谐振腔处的光纤受到应力、温度或者其他可以引起应力、或者温度变化的物理量变化时，多波长分布反射式光纤布拉格光栅激光器的频率间隔会发生变化，频率间隔与应力变化关系可以表示如下： 

$\mathrm{\Δv}=\frac{\mathrm{\ηc}}{2\mathrm{nL}}\frac{\mathrm{\Δn}}{n}+\frac{\mathrm{\ηc}}{2\mathrm{nL}}\frac{\mathrm{\ΔL}}{L}=v(\frac{\mathrm{\Δn}}{n}+\frac{\mathrm{\ΔL}}{L})=v(1-P_e)\mathrm{\ϵ}$

这里ε是施加在传感探头(3)的纵向应变，P_e为两光栅间光纤有效弹光系数。频率间隔与温度变化关系可以表示如下： 

$\mathrm{\Δv}=\frac{\mathrm{\ηc}}{2\mathrm{nL}}\frac{\mathrm{\Δn}}{n}+\frac{\mathrm{\ηc}}{2\mathrm{nL}}\frac{\mathrm{\ΔL}}{L}=v(\frac{\mathrm{\Δn}}{n}+\frac{\mathrm{\ΔL}}{L})=v(\mathrm{\α}+\mathrm{\ξ})\mathrm{\ΔT}$

α为两光栅间光纤的热膨胀系数，ξ为两光栅间光纤的热光系数，ΔT是测量的温度变化。 

为了进一步说明本发明的技术特征和传感效果，下面结合附图和实施方案来对本方案做进一步说明。 

具体实施方式一：如图2所示，将两个具有等效π相移间隔，长度为6.8cm的三段光纤布拉格光栅31写入掺铒光纤21中，纤芯的有效折射率为1.447，通过理论模拟，我们可以得到该光纤光栅理论透射谱，如图3所示。在这里我们可以看到，零级和偶数级没有透射峰，所以不能形成激光。每个奇数透射谱中都有两个峰，并且在±1级的深度最深，即能量最高，它们可能形成激光。由于光纤的短波损耗，因此-1级相对于+1级更容易产生激光。通过这样的分析，我们可以得知，我们的三段式光纤光栅结构只能在+1级产生稳定的两个波长的激光。得到两个激光波长分别为1556.454nm and1556.537nm，实际检测到的光谱图如图4所示，两波长的间隔为83.2pm，频率间隔 为10.125GHz。 

具体实施方式二：如图5所示，本具体实施方式是针对双波长光纤布拉格光栅激光器传感方法的解调装置示例。装置由980或1480nm泵浦光源1，980nm/1550nm波分复用器2，传感探头3为双波长光纤布拉格光栅激光器，微动平台固定端4-1，微动平台可调端4-2，掺铒光纤放大器7，高频光电探测器5，频谱分析仪6组成。980nm泵浦激光器1的光通过波分复用器2入射到双波长光纤布拉格光栅激光器上，产生双波长激光。两激光的干涉拍频信号通过光纤放大器7放大，通过高频光电探测器5转换成电信号，然后通过频谱分析仪6检测。将光纤光栅激光传感器固定在微动平台，微动平台固定端4-1固定，微动平台可调端4-2可调节激光器固定两端点的长度。当调节微动平台可调谐端4-2时，就会有应变施加到双波长光纤布拉格光栅激光器上，这样就改变了两激光的输出波长，同样改变了两激光的拍频传感信号，然后通过分析频谱分析仪6测量的拍频信号的漂移就可以得到施加到双波长光纤布拉格光栅激光器3的应变大小。图6展示了当在双波长光纤布拉格光栅激光器两端分别施加0με，300με和600με时，频谱分析仪得到的拍频信号，当应变增加时，拍频信号向频率减小方向移动。 

具体实施方式三：为了避免模式竞争，双波长激光器的波长间距不能小于40pm，这样传感的拍频信号不能低于5GHz，在实施方式二中，双波长激光的拍频频率为10.125GHz，这需要高速的光电探测器和频谱仪，它们需要很高的价格和体积，不便于提高性价比和使用推广。我们可以利用电光调制器把拍频信号从高频降到低频段，这样可以利用低频的光电探测器和频谱分析仪对传感拍频信号进行探测。如图7示，本具体实施方式的装置由980泵浦光源1，980nm/1550nm波分复用器2，传感探头3为双波长光纤布拉格光栅激光器，微动平台固定端4-1，微动平台可调端4-2，光纤隔离器8，掺铒光纤放大器7，偏振控制器9，偏置电压源11，射频信号发生器12，LiNbO₃电光调制器10，高频光电探测器5，频谱分析仪6组成。980nm泵浦激光器1的光通过波分复用器2入射到双波长光纤布拉格光栅激光器上，产生两个波长激光。光纤隔离器8用来隔离从其它器件返回的光进入双波长光纤布拉格光栅激光器，避免产生信号噪声。两激光的干涉拍频信号通过掺铒光纤放大器7放大，LiNbO₃电光调制器10被放置在掺铒光纤放大器7和光电探测器5中间，用来将高频的拍频传感信号调制到低频段，利用低频的频谱分析仪6来检测传感信号。这里偏振控制器9用来控制入射到LiNbO₃电光调制器10的光信号的偏振方向，使其与LiNbO₃电光调制器10的偏振方向一致，获得最大的检测信号。偏置电压源11和射频信号发生器12分别用来为LiNbO₃电光调制器10提供偏置电压和射频调制信号。光信号进入调制器后，被电光调制器调制： 

$A\left(t\right)=\cos [V_x+a{V}_{\mathrm{\π}}\cos \left(\mathrm{\ωt}\right)]\cos \left({\mathrm{\ω}}_{f_{\mathrm{1,2}}}t\right)$

这里V_x是调制器的偏置电压，aV_π是调制信号的幅值，ω是调制信号的频率，ω_f1，2是双波长光纤布拉格光栅激光器的输出频率，将上式通过贝塞尔函数展开，从LiNbO₃电光调制器10输出的传感信号被表示为： 

$A\left(t\right)=\frac{1}{2}{J}_0\left(a\frac{\mathrm{\π}}{2}\right)\cos \left[\frac{\mathrm{\π}}{2}\frac{V_x}{V_{\mathrm{\π}}}\right]\cos \left({\mathrm{\ω}}_{f\mathrm{1,2}}t\right)-J_1\left(a\frac{\mathrm{\π}}{2}\right)\sin \left[\frac{\mathrm{\π}}{2}\frac{V_x}{V_{\mathrm{\π}}}\right]\cos ({\mathrm{\ω}}_{f\mathrm{1,2}}t\±\mathrm{\ωt})$

$-J_2\left(a\frac{\mathrm{\π}}{2}\right)\cos \left[\frac{\mathrm{\π}}{2}\frac{V_x}{V_{\mathrm{\π}}}\right]\cos ({\mathrm{\ω}}_{f\mathrm{1,2}}t\±2\mathrm{\ωt})+J_3\left(a\frac{\mathrm{\π}}{2}\right)\sin \left[\frac{\mathrm{\π}}{2}\frac{V_x}{V_{\mathrm{\π}}}\right]\cos ({\mathrm{\ω}}_{f\mathrm{1,2}}t\±3\mathrm{\ωt})$

当调制信号的频率为f时，被电光调制器调制的双波长激光的一级边带为f₁±f和f₂±f，光电探测器5得到的拍频传感信号被调制为|f₁-f₂|±2f，由于|f₁-f₂|+2f有着更高的频率，只考虑使用低频探测器测量|f₁-f₂|-2f。通过合适的选取调制频率f，可以将传感拍频信号调制到几十MHz至几百MHz的低频段，利用低频探测器和廉价的低频段的频谱分析仪来测量传感信号。然后用光电探测器5将拍频光信号转换成电信号，利用频谱分析仪6测量拍频信号的漂移就可以得到施加到双波长光纤布拉格光栅激光器的应变大小。下面通过实例来说明： 

如利用波长分别为1556.454nm and 1556.537nm的双波长光纤布拉格光栅激光器做传感实验，他们的波长的间隔为83.2pm，频率间隔为10.4GHz.旋动微动平台可调端4-2将应力施加到双波长光纤光栅激光传感器上，图6的曲线a展示了传感器应变从0-540με时，未加电光调制器时拍频信号的漂移情况，测得拍频信号频率随应变漂移精度为-8.29kHz/με。图8的曲线b展示了传感器应变从0-540με时，在5.02GHz电光调制信号的调制下，从电光调制器输出的传感拍频信号的漂移情况，测得拍频信号频率随应变漂移精度为-8.38kHz/με。两者的实验响应基本一致。 

具体实施方式四：利用本发明双波长激光传感器的制作技术，制作不同拍频频率的双波长激光器，然后将具有不同拍频频率的双波长激光传感器串接在一根光纤上，形成双波长传感器复用网络，如图9所示。将不同拍频信号激光器放置到需要测量物理量变化的地点，980泵浦激光器1的出射的980nm激光通过980/1550波分复用器2入射到传感探头3的传感阵列中的各个双波长激光传感器3-1、3-2…3-k上，产生双波长激光，双波长激光干涉产生拍频信号。通过合理设计各个双波长传感器的波长间隔，使其产生不同的拍频信号。这些双长波激光器干涉后产生拍频信号，不同双波长传感器产生的激光由于不具有稳定的相位关系，所以不同双波长激光器相互之间不会产生拍频信号，这样消除了各个激光传感器之间的信息干扰。所有双波长激光器的拍频信号通过光 纤放大器7放大后，经过光电探测器5后转化为电子信号，该信号中包含了各个激光器的拍频传感信息。我们把这些信号分成k路，k为双波长激光传感器个数，利用带通滤波器13将不同双波长传感器3-1，3-2…3-k各个不同拍频频率范围的传感信号进行一级宽带选频，滤除其他激光器拍频信号，然后通过频率检测与处理部分6检测各激光器拍频信号变化情况，从而判断各激光器对应的监测物理量的变化情况。利用这种办法实现了多个双波长激光传感器的多传感频分复用。 

在掺铒光纤放大器至光电探测器的连接上依次设有偏振控制器和LiNbO₃电光调制器的情况下，在所有双波长光纤布拉格光栅激光器的拍频信号一起通过掺铒光纤放大器后，经过LiNbO₃光电调制器降低拍频传感信号频率，再经过光电探测器后转化为电子信号，把这些带有传感信息的信号分成k路，k为双波长光纤布拉格光栅激光器个数，利用带通滤波器根据各个双波长光纤布拉格光栅激光器的拍频频率范围，将所述电子信号进行一级宽带选频，每个带通滤波器对应一个双波长光纤布拉格光栅激光器，滤除其他激光器拍频信号，然后分别由频率检测与处理部分还原出各双波长光纤布拉格光栅激光器对应的被测物理量变化信息，实现多个双波长光纤布拉格光栅激光器降频调制和多传感频分复用。 

具体实施方式五：根据本发明利用光纤光栅产生多波长激光传感器的原理，制作如图10所示的光纤多波长激光传感系统。将激光器上一对光纤布拉格光栅31中间的光纤部分，包括产生激光的有源光纤32，缠绕在一个顺变柱体14上，形成一个可探测振动信号光纤光栅传感器。这里两光纤布拉格光栅31作为多波长激光器的反射镜，中间形成激射激光的谐振腔，当顺变柱体14感受到振动信号后，顺变柱体14上的光纤长度会发生变化，光纤长度的变化使得激光谐振腔的共振条件发生变化，使得不同频率间隔的多模激光重新达到平衡。通过测量多模输出激光的频率间隔及他们之间的差频信号即可以还原施加到顺变柱体14上的振动常情况。泵浦光源1发出980nm或者1480nm的激光经过隔离器15通过波分复用器2进入多波长光纤激光传感器，产生的多模激光发射回波分复用器2进入光电探测器5转变成电信号，通过频率检测与处理部分6分析传感器频率间隔的变化情况，从而还原振动信号。利用此传感器置于温度场中，也可以检测该顺变柱体14监测点的温度变化情况。 

Claims (9)

1.光纤布拉格光栅激光器的传感方法，其特征是包括传感探头(3)，传输光纤(4)、波分复用器(2)、泵浦光源(1)、光电探测器(5)和频率检测与处理部分(6)，传感探头(3)由光纤布拉格光栅激光器封装组成，光纤布拉格光栅激光器包括多波长分布反射式光纤布拉格光栅激光器或双波长光纤布拉格光栅激光器，光纤布拉格光栅激光器产生至少一个可探测的拍频信号，光纤布拉格光栅激光器发出多种波长激光λ₁，λ₂，...，λ_N，N≥2，N是光纤激光传感探头(3)激射的总激光波长数，泵浦光源(1)发出的光经过波分复用器(2)进入传感探头(3)，激射出双/多波长的激光经过传输光纤(4)和波分复用器(2)送入到光电探测器(5)转化成电信号，再输入频率检测与处理部分(6)，所述电信号是各种波长激光之间的拍频，检测任何两个波长之间的拍频频率

λ_i，λ_j是传感器的第i，j个激光波长，i，j≤N，λ_i，λ_j随着被测物理量的变化而变化，所以拍频δf_ij也包含被测物理量的变化信息，频率检测与处理部分(6)还原出被测物理量的变化信息；

在波分复用器(2)与光电探测器(5)之间设有掺铒光纤放大器(7)，在波分复用器(2)与掺铒光纤放大器(7)之间设有光纤隔离器(8)，掺铒光纤放大器(7)至光电探测器(5)的连接上依次设有偏振控制器(9)和LiNbO₃电光调制器(10)，LiNbO₃电光调制器(10)连接偏置电压源(11)和射频信号发生器(12)。

2.根据权利要求1所述的光纤布拉格光栅激光器的传感方法，其特征是多波长分布反射式光纤布拉格光栅激光器两端各有一个光纤布拉格光栅(31)，光纤布拉格光栅(31)可以刻在有源光纤上，也可以刻在无源光纤上，且光栅之间的光纤部分至少一部分是有源光纤，有源光纤包括掺铒光纤、铒钇共掺光纤；双波长光纤布拉格光栅激光器的光纤布拉格光栅(31)写在掺铒光纤上，形成有源双波长光纤激光器，用紫外曝光法在掺铒光纤上写入三段等长度结构光纤光栅，每两段间引入等效π相移。

3.根据权利要求1或2所述的光纤布拉格光栅激光器的传感方法，其特征是将具有不同拍频频率的双波长光纤布拉格光栅激光器串接在一根光纤上，形成双波长传感器复用网络，所有双波长光纤布拉格光栅激光器的拍频信号一起通过掺铒光纤放大器(7)后，经过光电探测器(5)后转化为电子信号，把这些带有传感信息的电子信号分成k路，k为双波长光纤布拉格光栅激光器个数，利用带通滤波器(13)根据各个双波长光纤布拉格光栅激光器的拍频频率范围，将所述电子信号进行一级宽带选频，每个带通滤波器(13)对应一个双波长光纤布拉格光栅激光器，滤除其他激光器拍频信号，然后分别由频率检测与处理部分(6)还原出各双波长光纤布拉格光栅激光器对应的被测物理量的变化信息，实现多个双波长光纤布拉格光栅激光器的多传感频分复用。

4.根据权利要求1或2所述的光纤布拉格光栅激光器的传感方法，其特征是将具有不同拍频频率的双波长光纤布拉格光栅激光器串接在一根光纤上，形成双波长传感器复用网络，所有双波长光纤布拉格光栅激光器的拍频信号一起通过掺铒光纤放大器(7)后，经过LiNbO₃光电调制器(10)降低拍频传感信号频率，再经过光电探测器(5)后转化为电子信号，把这些带有传感信息的信号分成k路，k为双波长光纤布拉格光栅激光器个数，利用带通滤波器(13)根据各个双波长光纤布拉格光栅激光器的拍频频率范围，将所述电子信号进行一级宽带选频，每个带通滤波器(13)对应一个双波长光纤布拉格光栅激光器，滤除其他激光器拍频信号，然后分别由频率检测与处理部分(6)还原出各双波长光纤布拉格光栅激光器对应的被测物理量变化信息，实现多个双波长光纤布拉格光栅激光器降频调制和多传感频分复用。

5.根据权利要求1或2所述的光纤布拉格光栅激光器的传感方法，其特征是被测物理量包括温度、应变、振动、电压、磁场，直接测量温度、应变物理量，其它被测物理量转化为温度、应变来测量，

采用双波长光纤布拉格光栅激光器时，当被测应力作用于传感探头(3)，两激光输出波长漂移量为：

$\frac{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\λ}}_m}{{\mathrm{\λ}}_m}=(1-P_e)\mathrm{\ϵ}+(\mathrm{\α}+\mathrm{\ξ})\mathrm{\ΔT}$ m＝1，2

这里ε是施加在传感探头(3)光纤的纵向应变，P_e为光栅间光纤的有效弹光系数，α为光栅间光纤的热膨胀系数，ξ为光栅间光纤的热光系数，λ_m，m＝1，2是双波长光纤布拉格光栅激光器的输出波长，Δλ_m，m＝1，2是双波长光纤布拉格光栅激光器的波长改变量，ΔT是测量的温度变化，双波长光纤布拉格光栅激光器输出的两个波长光干涉后产生传感拍频信号，拍频信号频率与应力变化关系可以表示如下：

$\mathrm{\δf}=\frac{c}{{\mathrm{\λ}}_1}-\frac{c}{{\mathrm{\λ}}_2}=\mathrm{\δ}{f}_0\frac{1}{1+(1-P_e)\mathrm{\ϵ}}\≈\mathrm{\δ}{f}_0[1-(1-P_e)\mathrm{\ϵ}]$

拍频信号频率与温度变化关系可以表示如下：

$\mathrm{\δf}=\frac{c}{{\mathrm{\λ}}_1}-\frac{c}{{\mathrm{\λ}}_2}=\mathrm{\δ}{f}_0\frac{1}{1+(\mathrm{\α}+\mathrm{\ξ})\mathrm{\ΔT}}\≈\mathrm{\δ}{f}_0[1-(\mathrm{\α}+\mathrm{\ξ})\mathrm{\ΔT}]$

这里δf₀是没有任何物理量传感信息作用于传感探头(3)上时，双波长光纤布拉格光栅激光器的拍频频率，通过测量拍频信号的偏移量就可以准确知道计算施加的应变或温度大小；

采用多波长分布反射式光纤布拉格光栅激光器时，激光在两端光纤布拉格光栅(31)形成的谐振腔内振荡，形成的多波长激光传感器的相邻两波长频率间隔为：

$v=\frac{c}{2\mathrm{nL}}$

这里n是两光栅间光纤的折射率，L是两光纤布拉格光栅(31)之间的谐振腔的长度，多波长之间的频率间隔为：

$v=\frac{\mathrm{\ηc}}{2\mathrm{nL}}$

这里η＝1，2，......q，q≤p为多波长的间隔数目，p表示在光纤光栅谐振腔轴向形成的驻波的节点数目，即光纤光栅激光器激射的多波长激光的数目，光纤布拉格光栅中间谐振腔处的光纤受到应力、温度或者其他可以引起应力、或者温度变化的物理量变化时，多波长分布反射式光纤布拉格光栅激光器的频率间隔会发生变化，频率间隔与应力变化关系可以表示如下：

$\mathrm{\Δv}=\frac{\mathrm{\ηc}}{2\mathrm{nL}}\frac{\mathrm{\Δn}}{n}+\frac{\mathrm{\ηc}}{2\mathrm{nL}}\frac{\mathrm{\ΔL}}{L}=v(\frac{\mathrm{\Δn}}{n}+\frac{\mathrm{\ΔL}}{L})=v(1-P_e)\mathrm{\ϵ}$

这里ε是施加在传感探头(3)的纵向应变，P_e为两光栅间光纤的有效弹光系数，频率间隔与温度变化关系可以表示如下：

$\mathrm{\Δv}=\frac{\mathrm{\ηc}}{2\mathrm{nL}}\frac{\mathrm{\Δn}}{n}+\frac{\mathrm{\ηc}}{2\mathrm{nL}}\frac{\mathrm{\ΔL}}{L}=v(\frac{\mathrm{\Δn}}{n}+\frac{\mathrm{\ΔL}}{L})=v(\mathrm{\α}+\mathrm{\ξ})\mathrm{\ΔT}$

α为两光栅间光纤的热膨胀系数，ξ为两光栅间光纤的热光系数，ΔT是测量的温度变化。

6.根据权利要求3所述的光纤布拉格光栅激光器的传感方法，其特征是被测物理量包括温度、应变、振动、电压、磁场，直接测量温度、应变物理量，其它被测物理量转化为温度、应变来测量，当被测应力作用于传感探头(3)时，两激光输出波长漂移量为：

$\frac{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\λ}}_m}{{\mathrm{\λ}}_m}=(1-P_e)\mathrm{\ϵ}+(\mathrm{\α}+\mathrm{\ξ})\mathrm{\ΔT}$ m＝1，2

这里ε是施加在传感探头(3)光纤的纵向应变，P_e为光栅间光纤的有效弹光系数，α为光栅间光纤的热膨胀系数，ξ为光栅间光纤的热光系数，λ_m，m＝1，2是双波长光纤布拉格光栅激光器的输出波长，Δλ_m，m＝1，2是双波长光纤布拉格光栅激光器的波长改变量，ΔT是测量的温度变化，双波长光纤布拉格光栅激光器输出的两个波长光干涉后产生传感拍频信号，拍频信号频率与应力变化关系可以表示如下：

$\mathrm{\δf}=\frac{c}{{\mathrm{\λ}}_1}-\frac{c}{{\mathrm{\λ}}_2}=\mathrm{\δ}{f}_0\frac{1}{1+(1-P_e)\mathrm{\ϵ}}\≈\mathrm{\δ}{f}_0[1-(1-P_e)\mathrm{\ϵ}]$

拍频信号频率与温度变化关系可以表示如下：

$\mathrm{\δf}=\frac{c}{{\mathrm{\λ}}_1}-\frac{c}{{\mathrm{\λ}}_2}=\mathrm{\δ}{f}_0\frac{1}{1+(\mathrm{\α}+\mathrm{\ξ})\mathrm{\ΔT}}\≈\mathrm{\δ}{f}_0[1-(\mathrm{\α}+\mathrm{\ξ})\mathrm{\ΔT}]$

这里δf₀是没有任何物理量传感信息作用于传感探头(3)上时，双波长光纤布拉格光栅激光器的拍频频率，通过测量拍频信号的偏移量就可以准确知道计算施加的应变或温度大小。

7.根据权利要求4所述的光纤布拉格光栅激光器的传感方法，其特征是被测物理量包括温度、应变、振动、电压、磁场，直接测量温度、应变物理量，其它被测物理量转化为温度、应变来测量，当被测应力作用于传感探头(3)时，两激光输出波长漂移量为：

$\frac{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\λ}}_m}{{\mathrm{\λ}}_m}=(1-P_e)\mathrm{\ϵ}+(\mathrm{\α}+\mathrm{\ξ})\mathrm{\ΔT}$ m＝1，2

这里ε是施加在传感探头3光纤的纵向应变，P_e为光栅间光纤的有效弹光系数，α为光栅间光纤的热膨胀系数，ξ为光栅间光纤的热光系数，λ_m，m＝1，2是双波长光纤布拉格光栅激光器的输出波长，Δλ_m，m＝1，2是双波长光纤布拉格光栅激光器的波长改变量，ΔT是测量的温度变化，双波长光纤布拉格光栅激光器输出的两个波长光干涉后产生传感拍频信号，拍频信号频率与应力变化关系可以表示如下：

$\mathrm{\δf}=\frac{c}{{\mathrm{\λ}}_1}-\frac{c}{{\mathrm{\λ}}_2}=\mathrm{\δ}{f}_0\frac{1}{1+(1-P_e)\mathrm{\ϵ}}\≈\mathrm{\δ}{f}_0[1-(1-P_e)\mathrm{\ϵ}]$

拍频信号频率与温度变化关系可以表示如下：

$\mathrm{\δf}=\frac{c}{{\mathrm{\λ}}_1}-\frac{c}{{\mathrm{\λ}}_2}=\mathrm{\δ}{f}_0\frac{1}{1+(\mathrm{\α}+\mathrm{\ξ})\mathrm{\ΔT}}\≈\mathrm{\δ}{f}_0[1-(\mathrm{\α}+\mathrm{\ξ})\mathrm{\ΔT}]$

这里δf₀是没有任何物理量传感信息作用于传感探头(3)上时，双波长光纤布拉格光栅激光器的拍频频率，通过测量拍频信号的偏移量就可以准确知道计算施加的应变或温度大小。

8.根据权利要求1或2所述的光纤布拉格光栅激光器的传感方法，其特征是采用多波长分布反射式光纤布拉格光栅激光器时，利用顺变柱体和频率检测装置实现对振动信号的检测，以及对温度、交变电磁场物理量的变化检测，将多波长分布反射式光纤布拉格光栅激光器两端光纤布拉格光栅(31)中间的光纤部分，包括产生激光的有源光纤，缠绕在一个顺变柱体(14)上，形成一个可探测振动信号光纤光栅传感器，这里两光纤布拉格光栅(31)作为多波长分布反射式光纤布拉格光栅激光器的反射镜，中间形成激射激光的谐振腔，当顺变柱体(14)感受到振动信号后，顺变柱体(14)上的光纤长度会发生变化，光纤长度的变化使得激光谐振腔的共振条件发生变化，使得不同频率间隔的多模激光重新达到平衡，通过测量多模输出激光的频率间隔及它们之间的拍频信号即可以还原施加到顺变柱体(14)上的振动情况。

9.根据权利要求3所述的光纤布拉格光栅激光器的传感方法，其特征是采用多波长分布反射式光纤布拉格光栅激光器时，利用顺变柱体和频率检测装置实现对振动信号的检测，以及对温度、交变电磁场物理量的变化检测，将多波长分布反射式光纤布拉格光栅激光器两端光纤布拉格光栅(31)中间的光纤部分，包括产生激光的有源光纤，缠绕在一个顺变柱体(14)上，形成一个可探测振动信号光纤光栅传感器，这里两光纤布拉格光栅(31)作为多波长分布反射式光纤布拉格光栅激光器的反射镜，中间形成激射激光的谐振腔，当顺变柱体(14)感受到振动信号后，顺变柱体(14)上的光纤长度会发生变化，光纤长度的变化使得激光谐振腔的共振条件发生变化，使得不同频率间隔的多模激光重新达到平衡，通过测量多模输出激光的频率间隔及它们之间的拍频信号即可以还原施加到顺变柱体(14)上的振动情况。

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