CN102385216A - 基于保偏光纤模间干涉的布拉格光纤光栅解调方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于保偏光纤模间干涉的布拉格光纤光栅解调方法，其主要是由宽带光源发出的光经2X2耦合器分成两路，一路进入单模光纤做为参考光路，另一路进入光纤光栅后再经2X2耦合器返回并通过光纤偏振器进入保偏光纤做为解调光路；进入解调光路的反射光经模间干涉输出边瓣提取器后由光探测器探测光强；两路信号进入信号处理系统中通过AD转换器将两个光探测器输出的模拟电信号进行模数转换，信号处理系统部分给出解调信息到显示设备和PC设备。本发明能够实现用一小段保偏光纤完成布拉格光纤光栅的解调，从而大幅降低系统复杂度和成本，能够高质量地完成布拉格光纤光栅反射光波长的检测。
Description
技术领域
本发明涉及光纤光栅技术领域，特别涉及光纤光栅的解调方法。
背景技术
光纤光栅技术做为光纤传感技术领域中的重要分支，近年来得到了长足发展，是目前光纤传感器领域中应用技术最成熟、适用范围最广泛、工作最稳定的光纤传感技术之一。它的性能研究和应用开发一直是国际光纤传感行业的热点。目前已经广泛应用在温度、应力、微形变等工程领域，在桥梁隧道监测和光电子器件方面都有大量成功应用。
然而，现有的光纤光栅解调仪结构复杂、价格昂贵，这是限制光纤光栅在民用和工业领域广泛应用的一个关键问题。现有的光纤光栅解调仪常采用的方法有：用一根匹配光栅并通过PZT等手段动态调整匹配光栅周期的方法来实现解调；用PZT控制F－P干涉仪腔长来匹配光纤光栅；用成品光谱仪来解调光纤光栅反射波长。上述解调方法虽然已经很成熟，但是采用匹配光栅或匹配F－P的方法能解调的波长范围窄，采用成品光谱仪的方法不适和系统集成，系统成本大幅提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低、方法简单、质量高的基于保偏光纤模间干涉的布拉格光纤光栅解调方法。本发明主要是利用保偏光纤模间干涉原理解调光纤光栅的反射波长，将宽带光源的输出光分成参考光路和解调光路并在信号处理系统中消去光强影响，引入环境温度补偿方法以提高解调系统精度。
本发明的技术方案如下：宽带光源发出的光经入射光纤到2X2耦合器后分成两路，一路进入参考光路的单模光纤并经光探测器变成电信号后做为信号处理时的参考；另一路进入光纤光栅中，光纤光栅会将特定波长的光反射回来并经另一根单模光纤输出，然后经光纤偏振器变成线偏振光后平行于保偏光纤的一个偏振主轴进入保偏光纤。进入保偏光纤的窄带光会因为保偏光纤同一偏振方向上的两个低阶模间干涉的波长响应特性不同而导致干涉输出的两个边瓣光强发生变化，即模间干涉输出光强左边瓣和模间干涉输出光强右边瓣的强度会因为光栅反射波长的变化而发生强度交替。干涉输出光强边瓣经模间干涉边瓣提取器提取出一个或两个边瓣后由单模光纤进入另一个光探测器变成电信号，两路电信号进入信号处理系统中通过AD转换器进行模数转换和数据处理。最后该信号处理系统通过外接温度传感器，可获得实时的环境温度，用以补偿保偏光纤模间干涉温度漂移对系统精度带来的影响。在信号处理系统中通过软件运算消除光源强度变化和环境温度变化对系统测量精度的影响，最后通过显示输出给出解调信息，并同时通过PC机USB接口给出解调信息以及对解调系统进行参数设置。
本发明与现有技术相比具有如下优点：利用保偏光纤模间干涉响应输出是光波长的函数这一原理能够实现用一小段保偏光纤完成布拉格光纤光栅的解调，从而大幅降低系统复杂度和成本，能够高质量地完成布拉格光纤光栅反射光波长的检测。
附图说明
图1是本发明的系统结构框图。
图2是本发明模间干涉输出边瓣在某一光栅反射波长时的分布图。
图3是本发明模间干涉输出边瓣在另一光栅反射波长时的分布图。
具体实施方式
在图1所示的本发明的系统结构框图中，宽带光源1发出的光经入射光纤2到2X2耦合器3后分成两路，一路进入参考光路的单模光纤9并经光探测器12变成电信号后做为信号处理时的参考；另一路进入光纤光栅4中，光纤光栅会将特定波长的光反射回来并经单模光纤5输出，再经光纤偏振器6变成线偏振光后平行于保偏光纤7的一个偏振主轴进入保偏光纤。进入保偏光纤的窄带光会因为保偏光纤同一偏振方向上的两个低阶模式间干涉的波长响应特性不同而导致干涉输出的两个边瓣光强发生变化，即模间干涉输出光强左边瓣17和模间干涉输出光强右边瓣18的强度会因为光栅反射波长的变化而发生强度交替，如图2和图3所示。然后用模间干涉边瓣提取器8提取一个边瓣强度后经单模光纤10进入光探测器11变成电信号。两路电信号进入信号处理系统13中通过AD转换器进行模数转换，同时通过温度传感器15获得实时的环境温度，之后通过软件运算消除光源强度变化和环境温度变化对系统测量精度的影响，最后通过显示输出14给出解调信息，并同时通过PC机USB接口16给出解调信息以及对解调系统进行参数设置。
Claims (1)
1.一种基于保偏光纤模间干涉的布拉格光纤光栅解调方法，其特征在于：宽带光源发出的光经入射光纤到2X2耦合器后一路进入参考光路的单模光纤并经光探测器变成电信号后做为信号处理时的参考；另一路进入光纤光栅中，该光纤光栅将特定波长的光反射回来并经另一根单模光纤输出，再经光纤偏振器变成线偏振光后平行于保偏光纤的一个偏振主轴进入保偏光纤；进入保偏光纤的窄带光在光纤内产生模间干涉后由模间干涉边瓣提取器提取一个或两个边瓣强度后经单模光纤进入另一个光探测器变成电信号；两路电信号进入信号处理系统中通过AD转换器进行模数转换，之后通过软件运算消除光源强度变化和环境温度变化对系统测量精度的影响，最后通过显示输出给出解调信息，并同时通过PC机USB接口给出解调信息以及对解调系统进行参数设置。
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