CN105203135B - 一种基于直波导‑反馈波导‑环‑直波导的高灵敏度谐振系统 - Google Patents
一种基于直波导‑反馈波导‑环‑直波导的高灵敏度谐振系统 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于直波导‑反馈波导‑环‑直波导的高灵敏度谐振系统，属于光学领域。它解决了现有的光纤谐振腔测量精度不足的问题。与传统的单环谐振腔结构相比，本发明所述的一种基于直波导‑反馈波导‑环‑直波导的高灵敏度谐振系统额外引入了第二耦合器C2和第四耦合器C4，通过设定第一耦合器C1、第二耦合器C2、第三耦合器C3和第四耦合器C4的耦合系数，并确保环形谐振腔和反馈波导中光纤长度为一定比值，就可以输出法诺线型的谱线，这种高灵敏度的谱线能够提高光纤谐振腔的测量精度。本发明主要应用于高精度的测量中。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统，属于光学领域。
背景技术
谐振腔被广泛应用于计量、光学传感、量子信息处理和生物医学工程等方面，光纤谐振腔由于具有如体积小、重量轻、结构简单、耗电少和便于连接计算机等优点，在测量温度、折射率、速度、加速度声场、电场、压力和应变等方面有着广泛应用，并且在生物、化学以及环境监测领域，在高电压、强电磁干扰的条件下，或者在狭小密闭的空间中，光纤谐振腔都有着不凡的监测和测量能力。现有的光纤谐振腔输出的谱线为在谐振中心频率两侧对称的凹陷型透射谱线，随着社会的发展和科技的进步，在很多时候已经无法满足高精度的测量要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的光纤谐振腔测量精度不足的问题，提出了一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统。
本发明所述的一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统，它包括激光器1、衰减器2、隔离器3、偏振控制器4、谐振结构5和探测器6，激光器1的发射端与衰减器2的输入端连接，衰减器2的输出端与隔离器3的输入端连接，隔离器3的输出端与谐振结构5的输入端连接，隔离器3的输出端与谐振结构5的输入端之间的光纤上设置有偏振控制器4，谐振结构5的输出端与探测器6的接收端连接；
所述的谐振结构5包括第一耦合器C1、第二耦合器C2、第三耦合器C3和第四耦合器C4，第一耦合器C1、第二耦合器C2和第四耦合器C4构成了反馈波导，第二耦合器C2、第三耦合器C3和第四耦合器C4构成了环形谐振腔，所述第一耦合器C1的一个输入端与隔离器3的输出端连接，所述第一耦合器C1的另一个输入端与第四耦合器C4的一个输出端连接，所述第一耦合器C1的一个输出端与探测器6的接收端连接，所述第一耦合器C1的另一个输出端与第二耦合器C2的一个输入端连接，所述第二耦合器C2的一个输出端与第三耦合器C3的一个输入端连接，所述第三耦合器C3的一个输出端与第四耦合器C4的一个输入端连接，所述第四耦合器C4的另一个输出端与第二耦合器C2的另一个输入端连接；
上述连接均采用光纤连接。
本发明所述的一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统，全部光纤均为SMF-28型号的单模光纤。
本发明所述的一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统，所述的环形谐振腔和反馈波导中光纤的总长度比为L反/L环＝1.6或L反/L环＝1.4，L反为反馈波导中光纤的总长度，L环为环形谐振腔中光纤的总长度。
本发明所述的一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统，所述的第二耦合器C2与第四耦合器C4的耦合系数均为0.97，第三耦合器C3的耦合系数为0.9，第一耦合器C1的耦合系数的范围为0.2-0.85。
本发明所述的一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统，所述的激光器1发射的激光的中心波长为1550纳米，且波长在1530纳米至1565纳米的范围内无跳模快速连续可调。
本发明所述的一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统，所述的第二耦合器C2与第四耦合器C4分别位于环形谐振腔水平对称轴的两端。
本发明所述的一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统，所述的第一耦合器C1和第三耦合器C3分别位于谐振结构5的竖直对称轴的两端。
本发明所述的一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统，所述的第一耦合器C1、第二耦合器C2、第三耦合器C3和第四耦合器C4均为2×2的单模光纤耦合器，即所述的第一耦合器C1、第二耦合器C2、第三耦合器C3和第四耦合器C4均有两个输入端和两个输出端。
本发明所述的一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统，通过设定第一耦合器C1、第二耦合器C2、第三耦合器C3和第四耦合器C4的耦合系数，并确保环形谐振腔和反馈波导中光纤长度为一定比值，就可以使谐振结构5输出法诺线型的谱线，法诺谱线可以降低对于谐振腔品质因数的要求，同样的光信号频率变化可以得到更大的强度变化，因此在同样的条件下具有更高的灵敏度，从而满足高精度的测量要求。此外，还减小了安装设备所需空间，提高了装置的稳定性。
附图说明
图1是本发明所述的一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统，它包括激光器1、衰减器2、隔离器3、偏振控制器4、谐振结构5和探测器6，激光器1的发射端与衰减器2的输入端连接，衰减器2的输出端与隔离器3的输入端连接，隔离器3的输出端与谐振结构5的输入端连接，隔离器3的输出端与谐振结构5的输入端之间的光纤上设置有偏振控制器4，谐振结构5的输出端与探测器6的接收端连接；
所述的谐振结构5包括第一耦合器C1、第二耦合器C2、第三耦合器C3和第四耦合器C4，第一耦合器C1、第二耦合器C2和第四耦合器C4构成了反馈波导，第二耦合器C2、第三耦合器C3和第四耦合器C4构成了环形谐振腔，所述第一耦合器C1的一个输入端与隔离器3的输出端连接，所述第一耦合器C1的另一个输入端与第四耦合器C4的一个输出端连接，所述第一耦合器C1的一个输出端与探测器6的接收端连接，所述第一耦合器C1的另一个输出端与第二耦合器C2的一个输入端连接，所述第二耦合器C2的一个输出端与第三耦合器C3的一个输入端连接，所述第三耦合器C3的一个输出端与第四耦合器C4的一个输入端连接，所述第四耦合器C4的另一个输出端与第二耦合器C2的另一个输入端连接；
上述连接均采用光纤连接；
与传统的单环谐振腔结构相比，本实施方式所述的一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统中的谐振结构5额外引入了第二耦合器C2与第四耦合器C4，第二耦合器C2与第四耦合器C4分别位于环形谐振腔水平对称轴的两端。在具体实施时，由激光器1发射端发出的光束经过隔离器2、衰减器3和偏振控制器4进入谐振结构5，光束进入第一耦合器C1的一个输入端后分光为两束，其中一束经过第一耦合器C1的一个输出端输出至探测器6，另一束经过第一耦合器C1的另一个输出端进入第二耦合器C2的一个输入端，经过第二耦合器C2的一个输出端进入第三耦合器C3的一个输入端，经过第三耦合器C3的一个输出端进入第四耦合器C4的一个输入端后分光为两束，其中一束经过第四耦合器C4的一个输出端进入第一耦合器C1的另一个输入端，另一束经过第四耦合器C4处的另一个输出端进入第二耦合器C2的另一个输入端，如此往复循环。通过设定第一耦合器C1、第二耦合器C2、第三耦合器C3和第四耦合器C4的耦合系数，并确保环形谐振腔和反馈波导中光纤长度为一定比值，就可以使谐振结构5输出法诺线型的谱线。通过设定第一耦合器C1的耦合系数可以控制输出的法诺线型的陡峭程度，第一耦合器C1的耦合系数的设定范围为0.2-0.85，当耦合系数设定为0.707时，法诺线型最陡峭，此时的灵敏度最大，测量的精度也最大，当耦合系数从0.707向两侧变化时，线型变得平缓，灵敏度减小，测量的精度也相应降低。在测量时,将谐振结构5置于待测环境中,通过检测探测器6在某一固定波长处的透射光强度变化,可以解调出待测环境的变化。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统的进一步限定，全部光纤均为SMF-28型号的单模光纤。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统的进一步限定，所述的环形谐振腔和反馈波导中光纤的总长度比为L反/L环＝1.6或L反/L环＝1.4，L反为反馈波导中光纤的总长度，L环为环形谐振腔中光纤的总长度。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式三所述的一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统的进一步限定，所述的第二耦合器C2与第四耦合器C4的耦合系数均为0.97，第三耦合器C3的耦合系数为0.9，第一耦合器C1的耦合系数的范围为0.2-0.85。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统的进一步限定，所述的激光器1发射的激光的中心波长为1550纳米，且波长在1530纳米至1565纳米的范围内无跳模快速连续可调。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统的进一步限定，所述的第二耦合器C2与第四耦合器C4分别位于环形谐振腔水平对称轴的两端。
具体实施方式七；结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式六所述的一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统的进一步限定，所述的第一耦合器C1和第三耦合器C3分别位于谐振结构5的竖直对称轴的两端。
具体实施方式八；结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统的进一步限定，所述的第一耦合器C1、第二耦合器C2、第三耦合器C3和第四耦合器C4均为2×2的单模光纤耦合器，即所述的第一耦合器C1、第二耦合器C2、第三耦合器C3和第四耦合器C4均有两个输入端和两个输出端。
Claims (8)
1.一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统，其特征在于：它包括激光器(1)、衰减器(2)、隔离器(3)、偏振控制器(4)、谐振结构(5)和探测器(6)，激光器(1)的发射端与衰减器(2)的输入端连接，衰减器(2)的输出端与隔离器(3)的输入端连接，隔离器(3)的输出端与谐振结构(5)的输入端连接，隔离器(3)的输出端与谐振结构(5)的输入端之间的光纤上设置有偏振控制器(4)，谐振结构(5)的输出端与探测器(6)的接收端连接；
所述的谐振结构(5)包括第一耦合器(C1)、第二耦合器(C2)、第三耦合器(C3)和第四耦合器(C4)，第一耦合器(C1)、第二耦合器(C2)和第四耦合器(C4)构成了反馈波导，第二耦合器(C2)、第三耦合器(C3)和第四耦合器(C4)构成了环形谐振腔，所述第一耦合器(C1)的一个输入端与隔离器(3)的输出端连接，所述第一耦合器(C1)的另一个输入端与第四耦合器(C4)的一个输出端连接，所述第一耦合器(C1)的一个输出端与探测器(6)的接收端连接，所述第一耦合器(C1)的另一个输出端与第二耦合器(C2)的一个输入端连接，所述第二耦合器(C2)的一个输出端与第三耦合器(C3)的一个输入端连接，所述第三耦合器(C3)的一个输出端与第四耦合器(C4)的一个输入端连接，所述第四耦合器(C4)的另一个输出端与第二耦合器(C2)的另一个输入端连接；
上述连接均采用光纤连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统，其特征在于：全部光纤均为SMF-28型号的单模光纤。
3.根据权利要求1所述的一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统，其特征在于：所述的环形谐振腔和反馈波导中光纤的总长度比为L反/L环＝1.6或L反/L环＝1.4，L反为反馈波导中光纤的总长度，L环为环形谐振腔中光纤的总长度。
4.根据权利要求3所述的一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统，其特征在于：所述的第二耦合器(C2)与第四耦合器(C4)的耦合系数均为0.97，第三耦合器(C3)的耦合系数为0.9，第一耦合器(C1)的耦合系数的范围为0.2-0.85。
5.根据权利要求1所述的一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统，其特征在于：所述的激光器(1)发射的激光的中心波长为1550纳米，且波长在在1530纳米至1565纳米的范围内无跳模快速连续可调。
6.根据权利要求1所述的一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统，其特征在于：所述的第二耦合器(C2)与第四耦合器(C4)分别位于环形谐振腔水平对称轴的两端。
7.根据权利要求6所述的一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统，其特征在于：所述的第一耦合器(C1)和第三耦合器(C3)分别位于谐振结构(5)的竖直对称轴的两端。
8.根据权利要求1所述的一种基于直波导-反馈波导-环-直波导的高灵敏度谐振系统，其特征在于：所述的第一耦合器(C1)、第二耦合器(C2)、第三耦合器(C3)和第四耦合器(C4)均为2×2的单模光纤耦合器，即所述的第一耦合器(C1)、第二耦合器(C2)、第三耦合器(C3)和第四耦合器(C4)均有两个输入端和两个输出端。
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