CN102829810A

CN102829810A - 分布反馈式光纤激光器传感系统

Info

Publication number: CN102829810A
Application number: CN2012102985935A
Authority: CN
Inventors: 徐团伟; 任梅珍; 李芳�; 刘育梁
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2012-08-21
Filing date: 2012-08-21
Publication date: 2012-12-19

Abstract

本发明公开了一种分布反馈式光纤激光器传感系统。在该系统中，对光纤传感网络中的每个光纤激光器采用隔离器和波分复用器进行单独隔离，具有不同波长的激光并不沿其它光纤激光器经过，这将会有效防止旁瓣发射以及传输光纤瑞利散射的影响。

Description

分布反馈式光纤激光器传感系统

技术领域

本发明涉及光学传感器技术领域，尤其涉及一种分布反馈式光纤激光器传感系统。

背景技术

分布反馈式(distributed feedback，简称DFB)光纤激光器具有窄线宽、低噪声、尺寸小、与光纤兼容等优点，已广泛的用于光学测量、光纤通信和光纤传感等领域。

DFB光纤激光器在传感应用中，经常使用半导体激光器经波分复用器(WDM)，通过一段长的传输光纤，依次泵浦多个具有不同波长的有源相移光栅，形成DFB光纤激光器阵列。其中每个DFB光纤激光器面临多个不同类型的反射，如具有确定相位的WDM回波反射、具有平均统计特性的传输光纤背向瑞利散射和具有分布式相位的相移光栅旁瓣反射等。当无/弱反射时，DFB光纤激光器保持其单频的特性，而当强反射时，DFB光纤激光器将存在双频或多频的可能，不同频率之间存在跳变，破坏了DFB光纤激光器的输出稳定性。强反射时若将DFB光纤激光器用于传感单元，将会得到很多“伪信号”，对目标形成误判，使传感器失灵。

为了降低旁瓣反射和瑞利散射噪声，澳大利亚的Tikhomirov，Alexei和Foster，Scott提出对光栅进行复合的相位和幅度切趾的方法将旁瓣反射降低了25-30dB；新加坡的Z.H.Chen等人采用在泵浦端引入弯曲损耗的方式来抑制瑞利散射对DFB光纤激光传感器的影响，将传感距离增加到2.1km；中科院半导体所的Y.F.Wu等人分析了器件反射、瑞利散射和相干瑞利散射对DFB光纤激光器的影响，提出通过添加隔离器来消除尾纤的相干瑞利散射的影响。这些方法都是降低了外界光反射对单个光纤激光器的影响，而对分布反馈光纤激光器阵列来讲作用并不是很大。

在实际应用中，尤其是长距离光纤传感系统中，单独采用上述方法其中之一已不能满足应用要求，需要合理设计光路结构，融合各种方法来降低旁瓣反射和瑞利散射的影响，达到增强系统探测能力、降低成本的目的。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种分布反馈式光纤激光器传感系统，以降低旁瓣反射和瑞利散射对光纤激光传感器的影响。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种分布反馈式光纤激光器传感系统，包括：泵浦激光源，用于产生泵浦激光；总波分复用器，其第一波长端连接至泵浦激光源，用于将泵浦激光源产生的泵浦激光传输至光纤传感网络，并将光纤传感网络受激产生的信号激光传输至解调系统；光纤传感网络，其前端连接至总波分复用器的公共端，包括多级的传感单元，对于该多级的传感单元中的至少一级传感单元，包括：前端波分复用器、光纤激光器、光单向隔离器和后端波分复用器，其中：前端波分复用器、光纤激光器和后端波分复用器构成泵浦激光的传输通道；后端波分复用器、光隔离器和前端波分复用器构成后续级传感单元产生的信号激光的传输通道；解调系统，与总波分复用器的第二波长端相连接，用于从由多个传感单元中光纤激光器分别产生的信号激光中解调出光纤传感网络中各光纤激光器的周围环境物理量。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明分布反馈式光纤激光器传感系统具有以下有益效果：

(1)通过在光纤激光器之间增加光单向隔离器，使其他光纤激光器的信号激光通过隔离器传播，而不通过本级的光纤激光器，降低了相邻光纤激光器之间旁瓣反射的影响；

(2)通过在光纤激光器之间增加光单向隔离器和后端波分复用器，阻止了传输光纤中的瑞利散射光通过激光器，降低了光路中瑞利散射的影响；

(3)该系统原理清晰，简单实用，适合于高泵浦功率长距离传感网路，易于推广应用。

附图说明

图1为本发明实施例分布反馈光纤激光传感器系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。且在附图中，以简化或是方便标示。再者，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。

在本发明的一个示例性实施例中，提出了一种分布反馈式光纤激光器传感系统。如图1所示，该分布反馈式光纤激光器传感系统，包括：泵浦激光源1、总波分复用器2、光纤传感网络和解调系统5。以下分别对各个部分进行详细说明。

如图1所示，泵浦激光源1用于产生泵浦激光。

如图1所示，总波分复用器2的第一波长端连接至泵浦激光源1，其第二波长端连接至解调系统5，其公共端连接至光纤传感网络，用于将泵浦激光源1产生的泵浦激光传输至光纤传感网络，并将光纤传感网络受激产生的信号激光传输至解调系统5。

如图1所示，光纤传感网络的前端连接至总波分复用器2的公共端，包括N级的传感单元(3、4、5、……)，对于N级传感单元中的至少一个传感单元，包括：前端波分复用器(3a、4a、5a、……)、光纤激光器(3b、4b、5b、……)、光单向隔离器(3d、4d、5d、……)和后端波分复用器(3c、4c、5c、……)，其中：前端波分复用器、光纤激光器和后端波分复用器构成泵浦激光的传输通道；后端波分复用器、光隔离器和前端波分复用器构成信号激光的传输通道。

其中，前端波分复用器的公共端连接至上一级传感单元的后端波分复用器，用于将泵浦激光传输至本级的光纤激光器，并将当前级光纤激光器泵浦的波长为λ_I的信号激光传输至上一级光纤激光传感器的后端波分复用器。

其中，光纤激光器的前端连接至前端波分复用器的正向输出端，用于利用泵浦激光泵浦产生与该光纤激光器周围环境物理量相关的波长为λ_I的信号激光。

其中，光单向隔离器的输入端与后端波分复用器的第二波长端相连接，其输出端与前端波分复用器的第二波长端相连接，用于将后续级传感单元的光纤激光器产生的信号激光传输至前端波分复用器，从而降低了后续级信号激光的旁瓣反射对该级光纤激光器的影响。

其中，后端波分复用器，其第一波长端连接至所述光纤激光器，其第二波长端连接至光单向隔离器的输入端，其公共端连接至下一级传感单元，用于隔离传输光纤的瑞利散射光对当前级光纤激光器的影响。

本领域技术人员应当清楚，本发明光纤激光器传感系统所能够包含的激光传感器的个数与半导体激光器的输出功率有关。一般情况下，N大于等于3小于等于10。优选的，N＝5或6。此外，第一级传感单元和最后一级传感单元的设置方式：第一级传感单元中前端波分复用器的公共端连接至总波分复用器的公共端。最后一级传感单元中后端波分复用器和光隔离器可以省略。

如图1所示，解调系统5与总波分复用器2的第二波长端相连接，用于从多束的信号激光(λ₁，λ₂，……，λ_N-1，λ_N，)中分别解调出各光纤器传感单元的周围环境物理量。

为了控制整套系统的成本，泵浦激光源采用半导体激光器，而泵浦激光采用波长为980nm的泵浦激光，采用波长为1530nm～1550nm的信号激光，而波分复用器、半导体激光器和光纤激光器与该泵浦激光和信号激光相匹配。当然，也可以采用波长为1480nm的泵浦激光，同时采用波长为1530nm～1550nm的信号激光，此时，也需要采用相应的波分复用器、半导体激光器和光纤激光器，即对于总波分复用器，其第一波长端为980端，其第二波长端为1550端；对于前端波分复用器，其第一波长端为980端，其第二波长端为1550端；对于后端波分复用器，其第一波长端为980端，其第二波长端为1550端。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种分布反馈式光纤激光器传感系统，包括：

泵浦激光源，用于产生泵浦激光；

总波分复用器，其第一波长端连接至所述泵浦激光源，用于将所述泵浦激光源产生的泵浦激光传输至光纤传感网络，并将光纤传感网络受激产生的信号激光传输至解调系统；

光纤传感网络，其前端连接至所述总波分复用器的公共端，包括多级的传感单元，对于该多级的传感单元中的至少一级传感单元，包括：前端波分复用器、光纤激光器、光单向隔离器和后端波分复用器，其中：所述前端波分复用器、光纤激光器和后端波分复用器构成泵浦激光的传输通道；所述后端波分复用器、光隔离器和前端波分复用器构成后续级传感单元产生的信号激光的传输通道；

解调系统，与所述总波分复用器的第二波长端相连接，用于从由多个传感单元中光纤激光器分别产生的信号激光中解调出光纤传感网络中各光纤激光器的周围环境物理量。

2.根据权利要求1所述的分布反馈式光纤激光器传感系统，其中，所述光纤传感网络包括N级的传感单元，对于所述多级传感单元中的第I级传感单元：

所述前端波分复用器，其公共端连接至上一级传感单元的后端波分复用器，用于将泵浦激光传输至本级的光纤激光器，并将当前级光纤激光器泵浦的信号激光传输至上一级光纤激光传感器的后端波分复用器；

所述光纤激光器，其前端连接至所述前端波分复用器的第一波长端，用于利用泵浦激光泵浦产生与该光纤激光器周围环境物理量相关的信号激光；

所述光单向隔离器，其输入端与所述后端波分复用器的第二波长端相连接，其输出端与前端波分复用器的第二波长端相连接，用于将后续级传感单元的光纤激光器产生的信号激光传输至前端波分复用器；

所述后端波分复用器，其第一波长端连接至所述光纤激光器，其公共端连接至下一级传感单元。

3.根据权利要求2所述的分布反馈式光纤激光器传感系统，其中，所述多级传感单元中：

最后一级传感单元包括所述的前端波分复用器和光纤激光器；

除所述最后一级传感单元外的N-1级传感单元均包含所述的前端波分复用器、光纤激光器、光单向隔离器和后端波分复用器，其中，第一级传感单元的前端波分复用器的公共端连接至总波分复用器的公共端。

4.根据权利要求3所述的分布反馈式光纤激光器传感系统，其中，所述3≤N≤10。

5.根据权利要求4所述的分布反馈式光纤激光器传感系统，其中，所述N＝5或6。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的分布反馈式光纤激光器传感系统，其中，所述泵浦激光的波长为1480nm，所述信号激光的波长介于1530nm～1550nm之间。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的分布反馈式光纤激光器传感系统，其中，所述泵浦激光的波长为980nm，所述信号激光的波长介于1530nm～1550nm之间。

8.根据权利要求7所述的分布反馈式光纤激光器传感系统，其中，

对于所述总波分复用器，其第一波长端为其980端，其第二波长端为其1550端；

对于所述前端波分复用器和所述后端波分复用器，其第一波长端为980端，其第二波长端为1550端。