CN103337782A - 一种利用短腔光纤激光器的输出纵模测量应变的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用短腔光纤激光器的输出纵模测量应变的方法，所述方法包括如下步骤：a）搭建所述短腔光纤激光器，所述短腔光纤激光器包括依次连接的激光二极管泵浦源、波分复用器、布拉格光纤光栅、有源光纤和环形镜；b）将所述短腔光纤激光器固定于待测量应变的材料上，使所述短腔光纤激光器的光纤拉伸方向与待测材料产生应变的应变方向相一致；c）测量所述短腔光纤激光器的输出纵模漂移量；d）计算得到待测材料的应变。根据本发明利用短腔式光纤激光器的特性可以精确测量物体的应变，所搭建的光纤激光器结构小巧简单，测量精度高，便携性好，易于在多种场合应用。

Description

一种利用短腔光纤激光器的输出纵模测量应变的方法

技术领域

本发明涉及光纤激光器领域，特别涉及一种基于短腔光纤激光器的输出纵模对应变进行测量的方法。

背景技术

光纤激光器作为一种具有广阔应用前景的激光光源，具有宽带可调谐、较高的信噪比、较窄的输出激光线宽等优势，可广泛地应用于光纤传感、光纤通信、光学加工等领域。光纤激光器由泵浦源、谐振腔和增益介质三部分构成。光纤激光器的腔长越长，光纤的非线性效应就越明显，因此有必要缩短光纤的长度，同时短腔也是光纤激光器实现单纵模运作的重要条件。短腔式光纤激光器结构简单且易于实现，该结构通常由一对光纤光栅和连接在中间的增益介质组成，该结构被称作分布式布拉格反射型光纤激光器（Distribute Bragg Reflection，DBR）。短腔式光纤激光器通常用于产生窄线宽激光输出，美国NP Photonics公司利用2cm长掺铒磷酸盐玻璃光纤DBR激光器获得了功率为100mW，线宽2kHz的激光输出；1992年Ball等人首次在50cm长的掺Er³⁺光纤两端,加上1.25cm长、具有相同布拉格波长、反射比分别为72%和80%两个布拉格光栅，用980nm LD泵浦得到与布拉格波长一致的1548nm单频输出，线宽为47kHz；2007年光库通讯面向市场推出了一款腔体长度小于5cm，线宽小于3kHz,输出功率达150mW的光纤激光器。短腔式光纤激光器具有输出纵模个数少且输出稳定无跳模现象等优势，常被用于光纤传感领域，因此设计一种基于短腔式光纤激光器的纵模传感系统具有重要的理论意义和应用价值。

按照物理学定义，物体由于受力的变化而发生变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外力的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力。应力会随着外力的增加而增长，对于某一种材料，应力的增长是有限度的，超过这一限度，材料就要破坏。对某种材料来说，应力可能达到的这个限度称为该种材料的极限应力。材料要想安全使用，在使用时其内的应力应低于它的极限应力，否则材料就会在使用时发生破坏。因此在工程上，测量材料的应力是一项非常重要的物理指标。应变测量常见的方法是应变电测法，是通过电阻应变片测出构件表面的应变后，根据应力、应变的关系来确定构件表面应力状态的一种实验应力的分析方法。然而，此种方法测量应变的精度并不是很高，不能满足一些高精度场合的需求。

因此，需要一种利用光纤激光器的输出纵模作为一种传感系统来测量物体的形变，从而利用短腔式光纤激光器的特性来精确测量应变的方法和系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用短腔式光纤激光器的输出纵模特性来精确测量应变的方法和系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种利用短腔光纤激光器测量应变的方法，所述方法包括如下步骤：a）搭建所述短腔光纤激光器，所述短腔光纤激光器包括依次连接的激光二极管泵浦源、波分复用器、布拉格光纤光栅、有源光纤和环形镜；b）将所述短腔光纤激光器固定于待测量应变的材料上，使所述短腔光纤激光器的光纤拉伸方向与待测材料产生应变的应变方向相一致；c）测量所述短腔光纤激光器的输出纵模漂移量；d）计算得到待测材料的应变。

优选地，所述步骤d）中的计算是根据已标定的所述短腔光纤激光器的输出纵模漂移与应变之间的关系曲线，读取步骤c）所测量的输出纵模漂移所对应的应变。

优选地，通过将所述短腔光纤激光器固定于应变已知且可变化的应变标定材料上，通过改变所述应变标定材料所产生的应变来标定得到所述短腔光纤激光器的输出纵模漂移与材料应变之间的关系曲线。

优选地，所述关系曲线通过线性拟合或最小二乘拟合得到。

优选地，所述短腔光纤激光器的有源光纤选自掺铒光纤、掺镱光纤或铒镱共掺光纤。

优选地，所述应变标定材料为板状，通过外加重物改变所述应变标定材料的应变。

优选地，所述应变标定材料为板状，通过外加马达的震动来改变所述应变标定材料的应变。

优选地，所述固定件为环氧树脂或丙烯酸酯。

优选地，所述应变标定材料的材质为金属。

优选地，所述环形镜包括耦合器，所述耦合器的分光比为0.50。

根据本发明利用短腔式光纤激光器的特性可以精确测量物体的应变，所搭建的光纤激光器结构小巧简单，测量精度高，便携性好，易于在多种场合应用。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示意性示出根据本发明第一实施例的测量应变的短腔光纤激光器系统；

图2示出了图1中的环形镜的工作原理图；

图3示意性示出根据本发明第二实施例的用于标定的测量应变的短腔光纤激光器系统；

图4示意性示出根据本发明第三实施例的用于标定的测量应变的短腔光纤激光器系统；

图5示出了拟合的应力与激光输出纵模漂移之间的关系曲线；

图6示出了激光输出纵模漂移的变化随应变的变化的波形图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

针对本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

本发明提供了一种基于短腔光纤激光器的输出纵模对应变进行测量的方法。根据本发明的短腔光纤激光器，使用激光二极管作为光纤激光器的泵浦源，采用掺杂稀土元素的有源光纤作为光纤激光器的增益介质，结合布拉格光纤光栅（FBG）、环形镜（FLM）、波分复用器（WDM）实现对应变的标定以及测量。

激光器输出激光满足的谐振条件为：当激光器谐振腔的腔长为激光半波长的整数倍时，发生谐振。因此理论上在谐振腔中存在无数个波长产生谐振。相邻两个谐振频率之间的间隔，被称为自由光谱范围（FreeSpectral Range，FSR），相邻两束激光的光程差Δ=2nL，n为介质的折射率，L为谐振腔的物理腔长。自由光谱范围FSR即输出激光的相邻纵模频率间隔，其物理含义是光子在谐振腔内往返一次所用时间的倒数，可由真空中的光速c导出，即

$\mathrm{FSR}={\mathrm{\Δv}}_q=\frac{c}{\mathrm{\Δ}}=\frac{c}{2\mathrm{nL}}---\left(1\right)$

Δν_q=ν_q+1-ν_q      （2）

因此激光器的谐振腔腔长L越短，自由光谱范围FSR越大，在增益介质提供增益的波长内可能谐振的波长就越少，这样有助于减少输出激光的模式数。因此采用较短的腔长L可以减少纵模输出，便于进行模式间隔的测量。利用材料受外界应变变化而导致自身的伸缩变化来实现对谐振腔的拉伸，引起腔长L发生伸长或缩短，从而使输出纵模发生漂移，通过对纵模漂移变化量进行标定，拟合出纵模变化随应变的变化曲线，可以根据该曲线对标定范围内的应变进行测量。

短腔光纤激光器系统搭建

图1示意性示出根据本发明第一实施例的测量应变的短腔光纤激光器系统。根据本发明的测量应变的短腔光纤激光器系统100包括由依次连接的激光二极管泵浦源101、波分复用器102、布拉格光纤光栅103、有源光纤104和环形镜105构成的短腔光纤激光器。激光二极管泵浦源101、波分复用器102、布拉格光纤光栅103、有源光纤104和环形镜105可以通过熔接的方式搭建。将所述短腔光纤激光器100通过固定件106a和106b固定于产生应变的材料107上。有源光纤104作为短腔光纤激光器的增益介质，布拉格光纤光栅103和环形镜105构成谐振腔的两个反射端面。波分复用器102用于将激光二极管泵浦源101产生的泵浦光耦合进入有源光纤104。固定件106a和106b可以选取环氧树脂（EpoxyResin）或丙烯酸酯作为胶粘剂，以胶粘方式分别将布拉格光纤光栅103和环形镜105两端固定在材料107的表面上。

在利用光纤激光器的输出纵摸测量应变时，使材料107产生应变的方向与有源光纤104拉伸方向相一致。材料107产生应变的方向如图中箭头A所示。当沿此方向A材料107的应变发生变化时，例如材料107沿图中箭头A-A’方向向两端拉伸，从而使贴附于其上的短腔光纤激光器的腔长增长，从而导致激光器输出纵模向长波方向漂移，即输出的纵模变化减小；当材料107沿图中箭头A-A’方向向内收缩，从而使贴附于其上的短腔光纤激光器的腔长变短时，导致激光器输出纵模向短波方向漂移，即输出的纵模漂移加大。

有源光纤104可以选用较短长度（例如在厘米数量级），优选掺杂有稀土元素并具有较高的掺杂浓度（例如铒镱共掺，峰值吸收在40±10dB/m1535nm），以降低系统的泵浦阈值。布拉格光纤光栅103具有较高的反射率（针对特定波长的反射率在90%以上）以减少激光输出纵模个数，其反射中心波长决定激光器输出激光的中心波长。激光二极管泵浦源101根据有源光纤104掺杂稀土的吸收谱线来确定。根据本发明的实施方式的波分复用器102、布拉格光纤光栅103和环形镜105的参数选择均需要同泵浦波长、激光器出射波长、有源光纤参数匹配，具体的参数如表1所示。

表1根据本发明的短腔光纤激光器参数

根据本发明，光纤的芯径由所采用的有源光纤决定，包层芯径优选为125μm，光纤纤芯的芯径可以选用4μm、8μm或10μm，优选为10/125μm。根据所选定的芯径选取匹配的FLM、WDM、LD尾纤芯径。掺铒光纤所匹配的泵浦波长可采用980nm或1480nm，掺镱光纤的泵浦波长可采用976nm或915nm，铒镱共掺光纤的泵浦波长可采用976nm，根据波长和芯径参数进一步确定FLM、WDM的参数。最终出射的激光波长在有源光纤一定增益范围内（如1530-1560nm）由布拉格光纤光栅的反射波长确定。掺镱光纤的典型出射波长为1535nm，掺铒光纤的典型出射波长为1064nm，铒镱共掺光纤的典型出射波长为1550nm。

例如，在本实施例中，若选用芯径为10/125μm掺铒光纤作为增益介质，LD尾纤、WDM和FLM需选取同样型号芯径。LD输出波长976nm，WDM工作波长976/1550nm，FLM工作波长1550nm，FBG选取范围为1530nm-1560nm，可在该范围内获得激光输出。实验中若选用芯径为10/125μm掺镱光纤作为增益介质，LD尾纤、WDM和FLM需选取同样型号芯径。LD为915nm单模输出，WDM工作波长915/1064nm，FLM工作波长1064nm，FBG选取1064nm附近，可在该范围内获得激光输出。

图2示出了图1中的环形镜105的工作原理图。如图2所示，根据本发明的环形镜105通过熔接耦合器1051的两个输出端制成。当信号光P_in从信号输入端201输入时，在耦合器1051的两个输出端口被分为两束光，即沿图中逆时针传输的P₁光和沿顺时针传输的P₂光，这两束光P₁和P₂经过传输后在耦合器1051处相干，从信号输入端201输出反射光P_r，从信号输出端202输出透射光P_t。设耦合器1051的分光比为k，在忽略耦合器1051本身损耗和光纤损耗的前提下，当入射光功率为P_in时，反射功率P_r和透射功率P_t分别为

P_r=4k(1-k)P_in    （3）

P_t=(1-2k)²P_in     （4）

由式(3)和(4)可得光纤环形镜的反射率R和透射率T分别为

R=4k(1-k)      （5）

T=(1-2k)²      （6）

因此当分光比k=0.50时，R=1，T=0，环形镜105具有最高反射率，起到环形射镜的作用。因此，根据本发明的优选实施方案，环形镜105中的耦合器1051的分光比为50:50，即分光比k=0.50。

应变标定及测量

利用根据本发明的短腔光纤激光器系统进行应变测量前，先要利用已知的可变化应变的已知应变对短腔光纤激光器的输出纵模变化和其对应的已知应变之间的关系进行标定，并绘制对应的关系曲线。将根据本发明的短腔光纤激光器系统固定在可产生应变的材料制成的测量件上，通过逐渐增大或减小施加在测量件上的外力，从而增大或减小测量件产生的应变。记录该应变以及对应于该应变的短腔光纤激光器输出纵模漂移相应增大或减小的数值，得到纵模变化随该应变的变化曲线，从而根据其变化的对应关系利用输出纵模变化对应变进行标定或测量。

图3示意性示出根据本发明第二实施例的用于标定的测量应变的短腔光纤激光器系统。根据本发明第二实施例的用于标定的测量应变的短腔光纤激光器系统300包括由依次连接的激光二极管泵浦源301、波分复用器302、布拉格光纤光栅303、有源光纤304和环形镜305构成的短腔光纤激光器。激光二极管泵浦源301、波分复用器302、布拉格光纤光栅303、掺杂稀土元素的有源光纤304和环形镜305可以通过熔接的方式搭建。将所述短腔光纤激光器通过固定件306固定于板状的应变标定材料307上，然后将应变标定材料307一端固定在平台309上，另一端通过悬挂重物308的方式对应变标定材料307施加外力，从而使应变标定材料307产生相应的应力。在标定过程中，应变标定材料307优选采用金属材质，重物308可采用具有已知不同重量的砝码，逐渐增加砝码质量的大小，使应变标定材料307发生变形，导致激光器物理腔长发生变化，从而导致输出纵模漂移发生变化，记录纵模漂移相应增大或减小的数值，得到纵模漂移随该应变变化的变化曲线。

掺杂稀土元素的有源光纤304作为短腔光纤激光器的增益介质，布拉格光纤光栅303和环形镜305构成谐振腔的两个反射端面。波分复用器302用于将激光二极管泵浦源301产生的泵浦光耦合进入有源光纤304。固定件306可以选取环氧树脂或丙烯酸酯作为胶粘剂，以胶粘方式分别将布拉格光纤光栅303和环形镜305两端固定在应变标定材料307的表面上。

根据本实施方式的波分复用器302、布拉格光纤光栅303和环形镜305等器件的参数选择均需要同泵浦波长、激光器出射波长、有源光纤参数匹配，具体的参数也可参照表1进行选择。

图4示意性示出根据本发明第三实施例的用于标定的测量应变的短腔光纤激光器系统。根据本发明第二实施例的用于标定的测量应变的短腔光纤激光器系统400包括由依次连接的激光二极管泵浦源401、波分复用器402、布拉格光纤光栅403、有源光纤404和环形镜405构成的短腔光纤激光器。激光二极管泵浦源401、波分复用器402、布拉格光纤光栅403、掺杂稀土元素的有源光纤404和环形镜405可以通过熔接的方式搭建。将所述短腔光纤激光器通过固定件406固定于板状的应变标定材料407上，然后将应变标定材料407连接震动马达408上，通过马达408的震动对应变标定材料407施加外力，从而使应变标定材料407形变，例如沿如图所示A方向伸长或收缩，产生相应的应力。在标定过程中，应变标定材料407优选采用金属材质。调节并记录马达408的转速，逐渐增加转速的大小，使应变标定材料407发生变形，导致激光器物理腔长发生变化，从而导致输出纵模漂移发生变化，记录纵模漂移相应增大或减小的数值，得到纵模漂移随该应变变化的变化曲线。

掺杂稀土元素的有源光纤404作为短腔光纤激光器的增益介质，布拉格光纤光栅403和环形镜405构成谐振腔的两个反射端面。波分复用器402用于将激光二极管泵浦源401产生的泵浦光耦合进入有源光纤404。固定件406可以选取环氧树脂或丙烯酸酯作为胶粘剂，以胶粘方式分别将布拉格光纤光栅403和环形镜405两端固定在应变标定材料407的表面上。

根据本实施方式的波分复用器402、布拉格光纤光栅403和环形镜405等器件的参数选择均需要同泵浦波长、激光器出射波长、有源光纤参数匹配，具体的参数也可参照表1进行选择。

外力的变化会引起应变材料的拉伸形状及尺寸的变化，从而导致与之固定的激光器的谐振腔产生拉伸、弯曲、振动或挤压，引起谐振腔的腔长发生相应的伸长或缩短，从而导致激光器输出激光的纵模发生漂移。具体地，当腔长伸长时，输出纵模向长波方向漂移；当腔长减小时，纵模向短波方向漂移。通过逐渐增加外力的大小，记录纵模漂移数值，记录数据并拟合曲线进行标定，得到纵模漂移量随该应变的变化曲线。

由材料应力引起的激光器光栅中心波长λ_B漂移可由下式给出：

Δλ_B=2n_eff+Λ+2+n_effΛ     (7)

式中ΔΛ表示光纤本身在应力作用下的弹性形变；Δn_eff表示光纤的弹光效应。外界不同的应力状态将导致ΔΛ和Δn_eff的不同变化。

根据胡克定律的一般形式：

σ_i=C_ij·ε_j   (i,j=1,2,3,4,5,6)       (8)

式中，σ_i为应力张量，C_ij为弹性模量，ε_j为应变张量。

对于各向同性介质，由于材料的对称性，可对C_ij进行简化，得到：

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\σ}}_1\\ {\mathrm{\σ}}_2\\ {\mathrm{\σ}}_3\\ {\mathrm{\σ}}_4\\ {\mathrm{\σ}}_5\\ {\mathrm{\σ}}_6\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}\mathrm{\λ}+2\mathrm{\μ}& \mathrm{\λ}& \mathrm{\λ}& 0& 0& 0\\ \mathrm{\λ}& \mathrm{\λ}+2\mathrm{\μ}& \mathrm{\λ}& 0& 0& 0\\ \mathrm{\λ}& \mathrm{\λ}& \mathrm{\λ}+2\mathrm{\μ}& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& \mathrm{\μ}& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& \mathrm{\μ}& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& \mathrm{\μ}\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ϵ}}_1\\ {\mathrm{\ϵ}}_2\\ {\mathrm{\ϵ}}_3\\ {\mathrm{\ϵ}}_4\\ {\mathrm{\ϵ}}_5\\ {\mathrm{\ϵ}}_6\end{array}\right]---\left(9\right)$

式中λ、μ表示弹性模量，可由弹性模量E及泊松比ν表示为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\λ}=\frac{v\·E}{(1+v)\·(1-2v)}\\ \mathrm{\μ}=\frac{E}{2(1+v)}\end{array}\right.---\left(10\right)$

此式即为均匀介质中胡克定理的一般形式。

根据图3示，作用在光纤光栅上的是均匀轴向应力，由于光纤光栅本身属于各向同性柱体结构，所以施加于其上的应力总可以在柱坐标系下分解为σ_r、σ_θ、σ_Z三个方向。所以各向应力可表示为：

σ_zz=-P    (11)

σ_rr=σ_θθ=0   (12)

式中P为压应力。

所以根据式(9)可得：

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{rr}}\\ {\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\θ\θ}}\\ {\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{zz}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}v\frac{P}{E}\\ v\frac{P}{E}\\ -\frac{P}{E}\end{array}\right]---\left(13\right)$

式中E及ν分别为石英光纤的弹性模量及泊松比。

将式(7)展开得：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\λ}}_{B_Z}=2\mathrm{\Λ}(\frac{\∂n_{\mathrm{eff}}}{\∂L}\mathrm{\ΔL}+\frac{{\∂n}_{\mathrm{eff}}}{\∂\mathrm{\α}}\mathrm{\Δ\α})+2\frac{\∂\mathrm{\Λ}}{\∂L}\mathrm{\ΔL}\·n_{\mathrm{eff}}---\left(14\right)$

式中ΔL代表光纤的纵向伸缩量，Δα表示由于纵向拉伸引起的光纤直径变化，

表示弹光效应，表示波导效应。相对介电抗渗张量β_ij，与介电常数ε_ij有如下关系：

${\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}=\frac{1}{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{ij}}}=\frac{1}{n_{\mathrm{ij}}^2}---\left(15\right)$

式中n_ij为某一方向上的光纤折射率。因为本发明只考虑光纤光栅的有效折射率，所以上式可变形为：

$\mathrm{\Δ}\left({\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}\right)=\mathrm{\Δ}\left(\frac{1}{n_{\mathrm{ij}}^2}\right)=-2\frac{{\mathrm{\Δn}}_{\mathrm{eff}}}{n_{\mathrm{eff}}^3}---\left(16\right)$

由于

则可将式(16)变形为：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\λ}}_{B_Z}=2\mathrm{\Λ}[-\frac{{n^3}_{\mathrm{eff}}}{2}\mathrm{\Δ}\left(\frac{1}{{n^2}_{\mathrm{eff}}}\right)]+2n_{\mathrm{eff}}\·{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{zz}}\·L\·\frac{\∂\mathrm{\Λ}}{\∂L}---\left(17\right)$

式中ε_zz=ΔL/L为纵向应变。

记录数据并拟合曲线进行标定，标定结构示意图如图5所示。曲线拟合可采用线性拟合，如公式7所示。

y=ax+b    （18）

曲线拟合也可采用最小二乘拟合，由等式18和19可推出拟合曲线。

$\frac{\∂S}{\∂a_0}=\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(y_i-a_0-a_1{x}_i)=0---\left(19\right)$

$\frac{\∂S}{\∂a_1}=\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(y_i-a_0-a_1{x}_i)x_i=0---\left(20\right)$

解方程组，求出a₀和a₁，就可构造出满足平方逼近条件的逼近函数。

f(x)=a₀+a₁x    （21）

最终，通过应力强度与激光纵模漂移之间的关系曲线对外加应力进行测量。利用应力标定曲线，确定谐振腔所受到的应力大小。

图6示出了示意性的激光输出纵模漂移的变化随所受应力的变化的波形图。如图5所示,本发明的激光器是单纵模输出，通过标定某一特定应力下的波长为标准波长，随着应力增大，该标准波长的中心波长向图所示的右方偏移，而随着应力减小，该标准波长的中心波长向图所示的左方偏移。通过光谱仪采集激光器输出的波长λ_B变化，得到中心波长偏移量，比照曲线即可得到待测应力大小。

根据本发明利用短腔式光纤激光器的特性可以精确测量应变，所搭建的光纤激光器结构小巧简单，测量精度高，便携性好，易于在多种场合应用。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种利用短腔光纤激光器的输出纵模测量应变的方法，所述方法包括如下步骤：

a）搭建所述短腔光纤激光器，所述短腔光纤激光器包括依次连接的激光二极管泵浦源、波分复用器、布拉格光纤光栅、有源光纤和环形镜；

b）将所述短腔光纤激光器固定于待测量应变的材料上，使所述短腔光纤激光器的光纤拉伸方向与待测材料产生应变的应变方向相一致；

c）测量所述短腔光纤激光器的输出纵模漂移量；

d）计算得到待测材料的应变。

2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤d）中的计算是根据已标定的所述短腔光纤激光器的输出纵模漂移与应变之间的关系曲线，读取步骤c）所测量的输出纵模漂移所对应的应变。

3.根据权利要求2所述的方法，其中通过将所述短腔光纤激光器固定于应变已知且可变化的应变标定材料上，通过改变所述应变标定材料所产生的应变来标定得到所述短腔光纤激光器的输出纵模漂移与材料应变之间的关系曲线。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述关系曲线通过线性拟合或最小二乘拟合得到。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述短腔光纤激光器的有源光纤选自掺铒光纤、掺镱光纤或铒镱共掺光纤。

6.根据权利要求3所述的方法，其中所述应变标定材料为板状，通过外加重物改变所述应变标定材料的应变。

7.根据权利要求3所述的方法，其中所述应变标定材料为板状，通过外加马达的震动来改变所述应变标定材料的应变。

8.根据权利要求5或6所述的方法，其中所述固定件为环氧树脂或丙烯酸酯。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述应变标定材料的材质为金属。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述环形镜包括耦合器，所述耦合器的分光比为0.50。

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