CN104390655A - 基于偏芯结构的高灵敏光纤激光传感器 - Google Patents

Abstract

基于偏芯结构的高灵敏光纤激光传感器，属于光纤通信与传感技术领域。该结构包括：980nm/1480nm泵源(1)、波分复用器(2)、掺铒光纤(3)、光隔离器(4)、偏芯结构(5)、10：90光耦合器(6)。相对于其它结构的传感器，本发明中采用泵浦作为光源，用标准单模光纤偏芯结构作为传感头，能够实现温度、曲率等参量的测量，具有制作工艺简单，成本低廉，探测极限小，灵敏度高的特点，适合于远距离光纤通信。

Description

基于偏芯结构的高灵敏光纤激光传感器

技术领域

本发明属于光纤通信和传感技术领域，具体地说，涉及一种光纤激光传感器的设计。

背景技术

光纤传感作为现代光纤技术的重要应用之一，由于具有体积小、精度高、抗电磁干扰等优点，越来越受到人们的重视。近年来由于光纤传感技术的迅猛发展，光纤传感器的性能随之不断提高，可以实现多种参量的测量，比如温度，压力，液位，速度等参数，还可以完成现有测量技术难以实现的测量任务。随着传感技术的不断提高与成熟，光纤传感器被广泛用于航天航海、交通运输、石油开采、电力传输、医疗卫生、科学研究、结构检测等众多领域。

光纤激光传感器作为一种新型的传感器主要是由光纤激光器，传输光纤，传感器件和信号检测部分组成。相比于传统的传感器，光纤激光器传感作为一种有源传感系统，具有更高的信噪比、更窄的带宽、因此具有更高的精度和灵敏度。可与光纤通信系统相连，实现远距离测量和控制。描述光纤激光器的特征参量主要由光强，相位波长和偏振态等，对于这些参量极易受到外界环境的影响，如温度，压力，应变，振动及一些化学物质等。光纤激光传感技术就是检测各个特征参量随外界因素变化的大小实现传感的功能，目前已经在众多领域得到了广泛的应用。本发明中由泵浦源，偏芯结构，和光谱分析仪主要构成的光纤激光传感器，结构简单，灵敏度高，易于实现多种参量的测量。

发明内容

本发明的目的是实现一种结构简单、灵敏度高、测量范围广的光纤激光传感器。

本发明的技术方案：

一种基于偏芯结构的高灵敏光纤激光传感器，由波分复用器、掺铒光纤、光隔离器、偏芯结构和10：90光耦合器组成并通过单模光纤连接构成环路谐振腔，波分复用器的三个端口分别为输入端a、输出端b和输入端c，其中输入端a与980nm/1480nm泵源连接；输出端b与光隔离器相连，能够保证光路的单向传输，10：90光耦合器的三个端口分别为输入端d和输出端e、f，其中输入端d与偏芯结构相连，输出端e与波分复用器的输入端c相连构成环形腔，输出端f为整个光纤激光传感器的输出端。

所述偏芯结构的制备方法，步骤如下：

1)将一段标准单模光纤与中间段单模光纤进行偏芯熔接，放电量200bit，通过控制熔接机的步进电机来控制偏芯量，通常偏芯距离小于8μm；

2)截取中间段单模光纤长度为2-4cm；

3)将第三段单模光纤与截取之后的中间段单模光纤进行再次偏芯熔接，放电量与之前操作相同，偏芯量通过熔接机的步进电机手动控制，并同时通过光谱分析仪观测偏芯结构的透射谱，当消光比达到最大时，进行熔接，即可制得所述的偏芯结构。

本发明的工作机理：

由标准单模光纤构成的偏芯结构，根据干涉原理，可作为一种梳状光纤滤波器用于传感头的设计。将偏芯结构放入到环路谐振腔中可以实现单波长激光的产生。由于偏芯结构对温度，曲率等多种参量敏感，因此通过改变这些参量值，偏芯结构形成的光纤滤波器的通带范围将随之发生变化，进而输出的激光中心波长会发生相应漂移。由于波长的漂移量和参量值的变化量呈线性比例变化，因此通过记录中心波长漂移量的变化能够实现温度，曲率等参量的测量，

本发明的优点和有益效果是：

由泵浦源和标准单模光纤构成的偏芯结构主要构成的光纤激光传感系统，能够实现对温度，曲率等参量的测量，其测量范围广，灵敏度高，探测极限小，结构简单，成本低廉，效果显著，适于推广应用。

附图说明

图1为该基于偏芯结构的高灵敏光纤激光传感器结构示意图。

图2为偏芯结构放大示意图。

图3为偏芯结构的透射谱图。

图中：1.980nm/1480nm泵源 2.波分复用器 3.掺铒光纤 4.光隔离器 5.偏芯结构 6.10：90光耦合器 7.标准单模光纤。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的具体说明：

实施例：

一种基于偏芯结构的高灵敏光纤激光传感器，如图1所示，由波分复用器2、掺铒光纤3、光隔离器4、偏芯结构5和10：90光耦合器6组成并通过单模光纤连接构成环路谐振腔，波分复用器2的三个端口分别为输入端a、输出端b和输入端c，其中输入端a与980nm/1480nm泵源1连接；输出端b与光隔离器4相连，10：90光耦合器6的三个端口分别为输入端d和输出端e、f，其中输入端d与偏芯结构5相连，输出端e与波分复用器2的输入端c相连构成环形腔，输出端f为整个光纤激光传感器的输出端。

所述偏芯结构的制备方法，步骤如下：

1)将一段标准单模光纤与中间段单模光纤进行偏芯熔接，放电量200bit，通过控制熔接机的步进电机来控制偏芯量，通常偏芯距离小于8μm；

2)截取中间段单模光纤长度为2-4cm；

3)将第三段单模光纤与截取之后的中间段单模光纤进行再次偏芯熔接，放电量与之前操作相同，偏芯量通过熔接机的步进电机手动控制，并同时通过光谱分析仪观测偏芯结构的透射谱，当消光比达到最大时，进行熔接，即可制得所述的偏芯结构。

该实施例的工作分析：泵浦光经波分复用器2的端口b输入掺铒光纤3得到了增益，通过光隔离器4保证光在环形谐振腔中单向传输，之后通过偏芯结构5，根据激光的产生条件，能够在铒纤最大增益处实现单波长的输出。这些光经过10：90耦合器6的输出端e回到波分复用器2，经过输出端f输出激光。通过改变偏芯结构周围的环境，如升温调谐，对光纤弯曲等，使相应激光发生漂移，通过记录波长漂移量，实现对温度，曲率等参量的测量。

Claims (3)

1.一种基于偏芯结构的高灵敏光纤激光传感器，其特征在于：由以下部分依次连接组成：980nm/1480nm泵源(1)、波分复用器(2)、掺铒光纤(3)、光隔离器(4)、偏芯结构(5)、10：90光耦合器(6)；泵源(1)的输出端接波分复用器(2)的端口a；波分复用器(2)的端口b接掺铒光纤(3)的输入端；掺铒光纤(3)的输出端与一个光隔离器(4)的输入端相连，光隔离器(4)的输出端接一个偏芯结构(5)；偏芯结构(5)的另一端口接10：90光耦合器(6)的输入端口d；10：90光耦合器(6)的另一端口e接回波分复用器(2)的端口c；端口f作为激光传感器的输出端口。

2.如权利要求1所述的偏芯结构，其特征在于：将一段标准单模光纤的两端分别与另外两段单模光纤偏芯熔接，形成了一个偏芯结构；标准单模光纤偏芯结构作为传感头使用，放入环形谐振腔中可作为产生激光的光滤波器。

3.如权利要求1所述的基于偏芯结构的光纤激光传感器，其特征在于：光纤传感器用泵浦光源代替宽带光源。