CN104285126B - 脉冲激光发生器及使用其的光纤感测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及使用脉冲激光发生器的光纤感测系统，包括从第一输入端接收由脉冲激光发生器生成的脉冲激光并将接收到的脉冲激光分枝并输出到第一输出端和第二输出端并且通过第三输出端输出分别由第一输出端和第二输出端输回的光的主光耦合器、与第一输出端联接的基准光纤、与第二输出端联接并且与多个感测点对应地串联或并联联接的多点感测光纤部、与第三输出端联接的光检测部、以及通过从光检测部输出的信号检测对于感测点的物理量的变化的诊断处理部。根据这种感测系统，在容易测量对于多个点的物理量的同时可以在时间上分析输入到光检测部的光，从而提供了简化分析结构的优点。

Description

脉冲激光发生器及使用其的光纤感测系统
技术领域
本发明涉及脉冲激光发生器及使用其的光纤感测系统，具体地，涉及能够对多个感测点测量物理量的脉冲激光发生器及使用其的光纤感测系统。
背景技术
最近，为了安全诊断桥梁、堤坝、船舶等大型构造物或建筑物，正致力于开发多种感测系统。
这种感测系统中使用光纤格栅测量构造物的变形的方式已以多种方式被公开在韩国公开专利第10-2005-0099087号等中。
然而，这种使用光纤格栅的方式由于需要检测从光源射出的光的波长移动，因此导致了对于响应光的分析变得复杂的缺点。
发明内容
本发明是为了改善如上所述的要求项而创出的，其目的在于提供容易测量对于多个点的物理量并且容易分析输入到光检测部的光的脉冲激光发生器及使用其的光纤感测系统。
为了实现上述目的，根据本发明的使用脉冲激光器的光纤感测系统包括生成并输出脉冲激光的脉冲激光发生器；从第一输入端接收由所述脉冲激光发生器生成并输出的所述脉冲激光并将接收到的所述脉冲激光分枝并输出到第一输出端和第二输出端，并且通过第三输出端输出分别由所述第一输出端和所述第二输出端输回的光的主光耦合器；与所述第一输出端联接，反射通过所述主光耦合器输入的光来提供基准光信号并且由光纤以一定距离延伸而成的基准光纤；与所述第二输出端联接并且与多个感测点对应地串联或并联联接有光纤以能够分别对所述多个感测点测量测量对象物理量的多点感测光纤部；将通过所述第三输出端输入的光信号变换成电气信号的光检测部；以及通过从所述光检测部输出的信号检测对所述感测点设定的物理量的变化的诊断处理部。
优选地，所述脉冲激光发生器包括用于发射光的泵浦光源、增幅从所述泵浦光源入射的光并且添加有镱或铒的增幅光纤、由光纤形成环形谐振器以使得从所述泵浦光源供给的光通过所述增幅光纤循环并谐振的光纤谐振器、将从所述泵浦光源射出的光入射到所述光纤谐振器的光输入部、与所述光纤谐振器结合以通过主输出端输出由所述光纤谐振器生成的脉冲光的输出光耦合器、与所述光纤谐振器结合以同步位相的位相同步部、以及与所述光纤谐振器的两端结合以补偿输入光的色散来狭小地调节脉冲宽度并且由所述诊断处理部控制以能够改变所述光纤谐振器的谐振长度的色散补偿扫描部。
根据本发明的一方面，所述色散补偿扫描部包括布置成将通过所述光纤谐振器的一端入射的光反射向与入射路径不同的方向的第一镜子、布置成与所述第一镜子相对，并且布置成将从所述第一镜子入射的光反射向与所述第一镜子不同的方向的第二镜子、布置成将从所述第二镜子入射的光反射向与所述第二镜子不同的方向的第三镜子、以及布置成将从所述第三镜子入射的光反射到所述光纤谐振器的另一端的第四镜子，其中，所述第一至第四镜子的表面上形成表面凹凸图案的格栅以补偿光的色散，并且以所述第一镜子和所述第二镜子为基准，间隔距离在所述第三镜子与所述第四镜子的水平方向上可变，并且所述第二镜子和所述第三镜子形成为能够相对于所述第一镜子和所述第四镜子在竖直方向上进行相对移动。
根据本发明的另一方面，所述色散补偿扫描部包括与所述光纤谐振器的一端结合以通过调节输出端输出通过所述光纤谐振器入射的光并且使通过所述调节输出端入射的光入射到所述光纤谐振器的另一端的光循环器、将通过所述光循环器的所述调节输出端射出的光反射向与入射路径不同的方向的第一镜子、布置成与所述第一镜子相对并且布置成将从所述第一镜子入射的光反射向与所述第一镜子不同的方向的第二镜子、以及布置成将从所述第二镜子入射的光反射到所述第一镜子的基准镜子，其中，所述第一镜子和所述第二镜子的表面上形成表面凹凸图案的格栅以补偿光的色散，所述基准镜子由所述诊断处理部控制，并且设置成可移动以能够改变与所述第二镜子的间隔距离。
此外，所述多点感测光纤部可以彼此串联地接合有光纤并且接合部分可以形成为感测点。
此外，所述多点感测光纤部可以被配置成使长度彼此不同的光纤彼此并联接合以能够分别接收通过所述第二输出端入射并分枝的光，或者使长度彼此不同的光纤能够根据多路复用器选择性地接收入射的光。
通过根据本发明的脉冲激光发生器及使用其的光纤感测系统，在容易测量对于多个点的物理量的同时可以在时间上分析输入到光检测部的光，从而提供了简化分析结构的优点。
附图说明
图1是示出根据本发明的第一实施方式的使用脉冲激光发生器的光纤感测系统的视图；
图2是示出图1的脉冲激光发生器的第一实施方式的视图；
图3是放大示出图2的色散补偿扫描部的用于改变谐振长度的部分的视图；
图4是示出图1的脉冲激光发生器的第二实施方式的视图；
图5是示出根据本发明的第二实施方式的光纤感测系统的视图；以及
图6是示出根据本发明的第三实施方式的光纤感测系统的视图。
具体实施方式
下面，参照附图对根据本发明的优选实施方式的脉冲激光发生器及使用其的光纤感测系统进行更加详细的描述。
图1是示出根据本发明的第一实施方式的使用脉冲激光发生器的光纤感测系统的视图。
参照图1，根据本发明的光纤感测系统100包括脉冲激光发生器110、主光耦合器150、基准光纤160和多点感测光纤部180、光检测部191和诊断处理部195。
脉冲激光发生器110生成并输出锁模脉冲激光。
如图2所示，脉冲激光发生器110由具有泵浦光源111、光输入部119、增幅光纤113、光纤谐振器114、隔离器115、输出光耦合器117、位相同步部118和色散补偿扫描部120的结构而成。
泵浦光源111将泵浦用光射出到光纤谐振器113。
泵浦光源111适用用于射出激光的激光二极管(LD)。
光输入部119将从泵浦光源111射出的光输入到光纤谐振器114内，并且可适用光耦合器或波分多路复用器(WDM；wavelength division multiplexer)。
隔离器115被串联地设置到光纤谐振器114的环形回路轨道内，并且以一个方向引导光的行进方向。
增幅光纤113由添加有镱(Yb)或铒(Er)的光纤形成，并且串联地设置到光纤谐振器114内以对通过光输入部119入射的光进行增幅。
输出光耦合器117被结合到光纤谐振器114以通过主输出端131输出谐振的光的一部分。
光纤谐振器114由单模光纤形成为位于闭轨道上的环形谐振器以使得从泵浦光源111经由光输入部119供给的光能够通过增幅光纤113谐振并循环，其中，光纤谐振器114的两端114a、114b与后述的色散补偿扫描部120联接。
输出光耦合器117被结合到光纤谐振器114以通过主输出端131输出输出光。
位相同步部118被结合到光纤谐振器114内以同步位相。
位相同步部118由具有用于改变入射的光的偏振的多个位相板的结构而成。此处，位相同步部118的位相板可适用一个半波长位相板和两个1/4波长位相板。
色散补偿扫描部120被结合到光纤谐振器114的两端114a、114b以补偿输入光的色散从而狭小地调节脉冲宽度，并且被配置成能够改变包括光纤谐振器114的整体谐振长度。
将参照图3对色散补偿扫描部120进行描述。
色散补偿扫描部120由第一至第四镜子121至124构成。
也就是说，第一镜子121被布置成将通过光纤谐振器114的一端入射的光反射向与入射路径不同的方向，即，反射向第二镜子122。
第二镜子122被布置成与第一镜子121相对，并且被布置成将从第一镜子121入射的光反射向作为与第一镜子121不同方向的第三镜子123。
第三镜子123被布置成将从第二镜子122入射的光反射向作为与第二镜子122不同方向的第四镜子124。
第四镜子124被布置成反射从第三镜子123入射的光以使得该光入射到光纤谐振器114的另一端114b。
第一至第四镜子121至124在表面上形成有凹凸图案125的格栅以补偿输入的光的色散。这种第一至第四镜子121至124作用为衍射格栅来调节光的路径，从而起到狭窄地集中色散的光的脉冲宽度的功能。
此处，应明确，不同于图中所示，第一镜子至第四镜子121至124也可以被配置成适用多个棱镜来进行色散补偿。
此外，色散补偿扫描部120被配置成将第一镜子121和第二镜子122设置到第一壳体126中并且将第三镜子123和第四镜子124设置到第二壳体127中，其中，第一壳体126能够相对于第二壳体127在水平方向上进行移动。
应明确，不同于图中所示，设置有第三镜子123和第四镜子124的第二壳体127也可以被配置成能够相对于第一壳体126进行相对移动。
此外，第二镜子122和第三镜子123被形成为能够相对于第一镜子121和第四镜子124在竖直方向上进行相对移动。
此处，第一壳体126、第二镜子122和第三镜子123通过由诊断处理部195控制的移动驱动部128的驱动改变第一壳体126相对于第二壳体127的水平方向上的间隔距离以及第二镜子122和第三镜子123的竖直方向上的间隔距离，从而能够同时执行光路径距离的改变和色散补偿。
此处，应明确，第一壳体126的相对移动结构相对于第二壳体127结合成使第一壳体126能够通过轨道(未示出)相对于第二壳体127进行移动，也可以能够使第一壳体126通过气缸(未示出)进退的结构等多种方式构成。
此外，第二镜子122在第一壳体126内的移动结构和第三镜子123在第二壳体127内的移动结构只要被配置成使第二镜子122和第三镜子123在第一壳体126和第二壳体127内由移动驱动部128控制成能够在竖直上以彼此相同的移动距离联动的方式进行移动即可。
另外，不同于图中所示的示例，色散补偿扫描部220如图4所示可以由具有光循环器225、第五镜子221和第六镜子222以及基准镜子223的结构形成。
此处，光循环器225可以与光纤谐振器114的一端114a结合以通过调节输出端226输出通过光纤谐振器114入射的光并且将通过调节输出端226入射的光入射到光纤谐振器114的另一端114b。
第五镜子221被布置成将通过光循环器225的调节输出端225射出的光反射向作为与入射路径不同方向的第六镜子222。
第六镜子222被布置成与第五镜子221相对，并且被布置成将从第五镜子221入射的光反射向作为与第五镜子221不同方向的基准镜子223。
此处，第五镜子221和第六镜子222的表面上形成有表面凹凸图案的格栅以补偿光的色散。
基准镜子223被布置成将从第六镜子222入射的光再次反射到第六镜子222。
此处，基准镜子223被设置成可移动以能够根据移动驱动部128改变与第六镜子222的间隔距离。
主光耦合器150从与脉冲激光发生器110的主输出端131联接的第一输入端151接收在脉冲激光发生器110中生成的脉冲激光，并将其分枝并输出到第一输出端152和第二输出端153，并且通过第三输出端154输出分别由第一输出端152和第二输出端153输回的光。
基准光纤160与第一输出端152联接以由末端反射输入的光来提供基准光信号，并且适用以一定长度延伸的光纤。
多点感测光纤部180与第二输出端153联接，并且与多个感测点S1至S5对应地串联地联接有光纤以能够相对于多个感测点S1至S5对测量对象物理量进行测量。
多点感测光纤部180由具有感测部的结构构成，其中，在该感测部中光纤被彼此串联地接合并且接合部分182被形成为用于反射入射光的一部分的感测点。此处，相邻的感测点S1至S5彼此间的间隔距离被形成为等间距。
不同于图中所示的示例，多点感测光纤部180可以被配置成使长度彼此不同的光纤彼此并联地结合成分别接收通过第二输出端153入射并分枝的光并在末端进行反射，或者可以使其能够根据多路复用器选择性地接收入射的光。
也就是说，应明确，如图5所示，将作为光切换器的多路复用器211联接到第二输出端153，从而使从主光耦合器150输入的光选择性地或者依次循环并接入到联接有具有彼此不同的延伸长度的光纤的输出信道，或者适用如图6中所示的、能够以两个方向传送光的光分配器213来替代多路复用器211，并且配置成将具有彼此不同的长度的光纤分别联接到光分配器213的输出信道的结构。
此处，以彼此不同的长度联接到多路复用器211的各个输出信道的光纤或者以彼此不同的长度联接到光分配器213的输出信道的光纤对应于感测部281，而各个光纤的末端对应于感测点。
构成这种感测部281的感测光纤之间的长度差适用设定的单位长度的整数倍。
光检测部191将通过第三输出端154输入的光信号变换为电气信号。
输入部196能够设定测量物理量或设定所支持的功能。此处，测量对象物理量是指温度、压力、变形等。
显示部197由诊断处理部195控制以显示显示信息。
诊断处理部195通过从光检测部191输出的信号检测对于感测点的物理量的变化。
诊断处理部195通过用于移动色散补偿扫描部120的移动驱动部128将谐振长度移动到设定的移动距离范围内，并且通过经由光检测部191输入的干涉图案算出感测点的物理量变化。
也就是说，诊断处理部195可以通过在图1的光检测部191中从各个感测点S1至S5以与光路径长度差对应的时间上的间隔输入的信号，在因温度或其他外部环境因素导致光纤拉伸或收缩时使用峰值信号的检测时间差来算出物理量的变化。
此外，诊断处理部195可以内置有已事先通过实验记录了通过光检测部191检测到的峰值检测时间之差对应的物理量的变化值的查找表(未示出)，并且可以配置成参照查找表相对于各个感测点算出设定的物理量。
这种光纤感测系统100只要将感测点设置于如桥梁或建筑物的待被测量的位置即可。

Claims (8)

1.一种使用脉冲激光器的光纤感测系统，其特征在于，包括：
脉冲激光发生器，生成并输出脉冲激光；
主光耦合器，从第一输入端接收由所述脉冲激光发生器生成并输出的所述脉冲激光、并将接收的所述脉冲激光且分枝并输出到第一输出端和第二输出端，并且通过第三输出端输出分别由所述第一输出端和所述第二输出端输回的光；
基准光纤，与所述第一输出端联接，反射通过所述主光耦合器输入的光来提供基准光信号，并且由光纤以一定距离延伸而成；
多点感测光纤部，与所述第二输出端联接，并且与多个感测点对应地串联或并联联接有光纤以能够分别测量所述多个感测点的测量对象物理量；
光检测部，将通过所述第三输出端输入的光信号变换成电气信号；以及
诊断处理部，通过从所述光检测部输出的信号检测对所述感测点设定的物理量的变化，
其中，所述脉冲激光发生器包括：
泵浦光源，用于发射光；
增幅光纤，增幅从所述泵浦光源入射的光，并且添加有镱或铒；
光纤谐振器，由光纤形成环形谐振器以使得从所述泵浦光源供给的光通过所述增幅光纤循环并谐振；
光输入部，将从所述泵浦光源射出的光入射到所述光纤谐振器；
输出光耦合器，与所述光纤谐振器结合以通过主输出端输出由所述光纤谐振器生成的脉冲光；
位相同步部，与所述光纤谐振器结合以同步位相；以及
色散补偿扫描部，与所述光纤谐振器的两端结合以补偿输入光的色散来狭小地调节脉冲宽度，并且由所述诊断处理部控制以能够改变所述光纤谐振器的谐振长度；
其中，所述色散补偿扫描部包括：
第一镜子，布置成将通过所述光纤谐振器的一端入射的光反射向与入射路径不同的方向；
第二镜子，布置成与所述第一镜子相对，并且布置成将从所述第一镜子入射的光反射向与所述第一镜子不同的方向；
第三镜子，布置成将从所述第二镜子入射的光反射向与所述第二镜子不同的方向；以及
第四镜子，布置成将从所述第三镜子入射的光反射到所述光纤谐振器的另一端，
其中，所述第一镜子至所述第四镜子的表面上形成表面凹凸图案的格栅以补偿光的色散，
以所述第一镜子和所述第二镜子为基准，间隔距离在所述第三镜子与所述第四镜子的水平方向上可变，并且所述第二镜子和所述第三镜子形成为能够相对于所述第一镜子和所述第四镜子在竖直方向上进行相对移动。
2.如权利要求1所述的光纤感测系统，其中，所述多点感测光纤部彼此串联地接合有光纤，并且接合部分形成为感测点。
3.如权利要求1所述的光纤感测系统，其中，所述多点感测光纤部被配置成使长度彼此不同的光纤彼此并联地接合，以能够分别接收通过所述第二输出端入射并分枝的光，或者使长度彼此不同的光纤能够通过多路复用器选择性地接收入射的光。
4.一种使用脉冲激光器的光纤感测系统，其特征在于，包括：
脉冲激光发生器，生成并输出脉冲激光；
主光耦合器，从第一输入端接收由所述脉冲激光发生器生成并输出的所述脉冲激光、并将接收的所述脉冲激光且分枝并输出到第一输出端和第二输出端，并且通过第三输出端输出分别由所述第一输出端和所述第二输出端输回的光；
基准光纤，与所述第一输出端联接，反射通过所述主光耦合器输入的光来提供基准光信号，并且由光纤以一定距离延伸而成；
多点感测光纤部，与所述第二输出端联接，并且与多个感测点对应地串联或并联联接有光纤以能够分别测量所述多个感测点的测量对象物理量；
光检测部，将通过所述第三输出端输入的光信号变换成电气信号；以及
诊断处理部，通过从所述光检测部输出的信号检测对所述感测点设定的物理量的变化，
其中，所述脉冲激光发生器包括：
泵浦光源，用于发射光；
增幅光纤，增幅从所述泵浦光源入射的光，并且添加有镱或铒；
光纤谐振器，由光纤形成环形谐振器以使得从所述泵浦光源供给的光通过所述增幅光纤循环并谐振；
光输入部，将从所述泵浦光源射出的光入射到所述光纤谐振器；
输出光耦合器，与所述光纤谐振器结合以通过主输出端输出由所述光纤谐振器生成的脉冲光；
位相同步部，与所述光纤谐振器结合以同步位相；以及
色散补偿扫描部，与所述光纤谐振器的两端结合以补偿输入光的色散来狭小地调节脉冲宽度，并且由所述诊断处理部控制以能够改变所述光纤谐振器的谐振长度；
其中，所述色散补偿扫描部包括：
光循环器，与所述光纤谐振器的一端结合以通过调节输出端输出通过所述光纤谐振器入射的光并且将通过所述调节输出端入射的光入射到所述光纤谐振器的另一端；
第五镜子，将通过所述光循环器的所述调节输出端射出的光反射向与入射路径不同的方向；
第六镜子，布置成与所述第五镜子相对，并且布置成将从所述第五镜子入射的光反射向与所述第五镜子不同的方向；以及
基准镜子，布置成将从所述第六镜子入射的光反射到所述第六镜子，
其中，所述第五镜子和所述第六镜子的表面上形成表面凹凸图案的格栅以补偿光的色散，
所述基准镜子由所述诊断处理部控制，并且设置成可移动以能够改变与所述第六镜子的间隔距离。
5.如权利要求4所述的光纤感测系统，其中，所述多点感测光纤部彼此串联地接合有光纤，并且接合部分形成为感测点。
6.如权利要求4所述的光纤感测系统，其中，所述多点感测光纤部被配置成使长度彼此不同的光纤彼此并联地接合，以能够分别接收通过所述第二输出端入射并分枝的光，或者使长度彼此不同的光纤能够通过多路复用器选择性地接收入射的光。
7.一种脉冲激光发生器，所述脉冲激光发生器用于生成脉冲激光，其中，所述脉冲激光发生器包括：
泵浦光源，用于射出光；
增幅光纤，增幅从所述泵浦光源入射的光，并且添加有镱或铒；
光纤谐振器，由光纤形成环形谐振器以使得从所述泵浦光源供给的光通过所述增幅光纤循环并谐振；
光输入部，将从所述泵浦光源射出的光入射到所述光纤谐振器；
输出光耦合器，与所述光纤谐振器结合以通过主输出端输出由所述光纤谐振器生成的脉冲光；
位相同步部，与所述光纤谐振器结合以同步位相；以及
色散补偿扫描部，与所述光纤谐振器的两端结合以补偿输入光的色散来狭小地调节脉冲宽度，并且由诊断处理部控制以能够改变所述光纤谐振器的谐振长度，
其中，所述色散补偿扫描部包括：
第一镜子，布置成将通过所述光纤谐振器的一端入射的光反射向与入射路径不同的方向；
第二镜子，布置成与所述第一镜子相对，并且布置成将从所述第一镜子入射的光反射向与所述第一镜子不同的方向；
第三镜子，布置成将从所述第二镜子入射的光反射向与所述第二镜子不同的方向；以及
第四镜子，布置成将从所述第三镜子入射的光反射到所述光纤谐振器的另一端，
其中，所述第一镜子至所述第四镜子的表面上形成表面凹凸图案的格栅以补偿光的色散，
以所述第一镜子和所述第二镜子为基准，间隔距离在所述第三镜子与所述第四镜子的水平方向上可变，并且所述第二镜子和所述第三镜子形成为能够相对于所述第一镜子和所述第四镜子在竖直方向上进行相对移动。
8.一种脉冲激光发生器，所述脉冲激光发生器用于生成脉冲激光，其中，所述脉冲激光发生器包括：
泵浦光源，用于射出光；
增幅光纤，增幅从所述泵浦光源入射的光，并且添加有镱或铒；
光纤谐振器，由光纤形成环形谐振器以使得从所述泵浦光源供给的光通过所述增幅光纤循环并谐振；
光输入部，将从所述泵浦光源射出的光入射到所述光纤谐振器；
输出光耦合器，与所述光纤谐振器结合以通过主输出端输出由所述光纤谐振器生成的脉冲光；
位相同步部，与所述光纤谐振器结合以同步位相；以及
色散补偿扫描部，与所述光纤谐振器的两端结合以补偿输入光的色散来狭小地调节脉冲宽度，并且由诊断处理部控制以能够改变所述光纤谐振器的谐振长度，
其中，所述色散补偿扫描部包括：
光循环器，与所述光纤谐振器的一端结合以通过调节输出端输出通过所述光纤谐振器入射的光并且将通过所述调节输出端入射的光入射到所述光纤谐振器的另一端；
第五镜子，将通过所述光循环器的所述调节输出端射出的光反射向与入射路径不同的方向；
第六镜子，布置成与所述第五镜子相对，并且布置成将从所述第五镜子入射的光反射向与所述第五镜子不同的方向；以及
基准镜子，布置成将从所述第六镜子入射的光反射到所述第六镜子，
其中，所述第五镜子和所述第六镜子的表面上形成表面凹凸图案的格栅以补偿光的色散，
所述基准镜子设置成可移动以能够改变与所述第六镜子的间隔距离。
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