CN107941250B - 一种具有损耗补偿结构的高分辨率混沌光纤环衰荡传感装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有损耗补偿结构的高分辨率混沌光纤衰荡传感装置和方法，包括混沌激光器，具有损耗补偿结构的光纤环、光电探测、数据检测和处理系统；所述具有损耗补偿结构的光纤环包括掺铒光纤(EDF)、一个波分复用器(WDM)、一个半导体激光器、两个完全相同的耦合比为95:5的2*1光纤耦合器(OC‑1、OC‑2)、一个偏振无关的光隔离器(ISO)；混沌激光可以连续注入具有损耗补偿结构的环形腔内，不需要添加增益稳定的装置，在腔内就可以得到更加稳定的增益，从而可以降低装置的复杂度。此外混沌激光的天然的抗噪特性也使得整个装置在不使用滤波器的情况下仍然具有很高的信噪比，可以节约成本。
Description
技术领域
本发明涉及，尤其涉及的是一种具有损耗补偿结构的高分辨率混沌光纤环衰荡传感装置。
背景技术
衰荡腔光谱技术最早走入人们视野是在20世纪60年代，当时主要用来测定F-P腔内反射镜的反射率。随着研究的不断深入，1988年，美国Deacon实验室将脉冲激光光源引入到腔镜反射率的测量中，他们提出该方法不仅可以用来测量反射率，还可以将其用于光谱测量，并正式提出了衰荡腔光谱技术的定义。自此之后衰荡腔光谱技术得到了飞跃式的发展，并逐渐在各个领域特别是在分析领域得到了很好的应用。随着光纤技术以及光纤器件的迅猛发展，研究者将光纤技术融入到衰荡腔光谱技术中，并逐渐形成了光纤衰荡腔光谱技术。但是传统的光纤衰荡技术由于腔内高损耗导致衰荡时间短这就大大限制了其最小可探测光损耗。
为了克服传统的光纤衰荡技术的不足，研究者们提出了在衰荡腔中添加损耗补偿的方法，该方法主要包括两类。第一类是在衰荡腔中增添一个光纤放大器用来进行对腔内的损耗进行补偿，这种结构的优点操作简单能够将腔内的损耗有效的降低从而大大的增加了衰荡时间的长度提高了系统的分辨率，缺点在于衰荡腔的增益电流只能工作在阈值之下因为超过阈值腔内将产生激光，此外由于脉冲信号的强度衰减导致光纤放大器的增益不稳定和放大引起的噪声都会影响整个系统的稳定性。第二类损耗补偿的方法在第一类原有基础上内置了一个腔结构两个环形腔共用一个放大器结构且保证内腔工作在阈值之上外腔工作在阈值之下，这样由于内腔在阈值之上产生了激光放大器的增益达到了一个稳定状态使得对脉冲光的增益也趋于稳定，此外在原有的腔中与内置腔中分别放置了一个滤波器，内腔中的滤波器用于滤除脉冲光；外腔中的滤波器用于滤除内腔产生的激光，由此来保证两种信号的互不干扰。但是这种结构的缺点在于大大增加了系统的复杂度增加了系统的成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种具有损耗补偿结构的高分辨率混沌光纤环衰荡传感装置。可以得到一个长的衰荡时间从而可以提高混沌衰荡技术的可探测分辨率。
一种具有损耗补偿结构的高分辨率混沌光纤衰荡传感装置，包括混沌激光器，具有损耗补偿结构的光纤环8、光电探测9、数据检测和处理系统10；所述具有损耗补偿结构的光纤环8包括掺铒光纤(EDF)、一个波分复用器(WDM)、一个半导体激光器、两个完全相同的耦合比为95:5的2*1光纤耦合器(OC-1、OC-2)、一个偏振无关的光隔离器(ISO)；将混沌激光器发出的混沌激光从OC-1的5％端注入，输入到光纤环内的混沌激光在腔内循环时由于损耗补偿的存在每循环一次的损耗都会得到有效的降低，从而衰荡时间就会得到有效的延长；经过损耗补偿的混沌激光到达OC-2后一部分光经过5％端输出环外作为测量信号进入光电探测器9，另一部分经过95％端继续在光纤环内循环传输。
所述的具有损耗补偿结构的高分辨率混沌光纤衰荡传感装置，采用的是一个980/1550nm的波分复用器(WDM)、一个980nm的半导体激光器。
所述的具有损耗补偿结构的高分辨率混沌光纤衰荡传感装置，混沌激光器包括混沌激光器泵浦源1、混沌激光器波分复用器2、掺铒光纤3、混沌激光器输出耦合器4、混沌激光器腔中偏振控制器5、混沌激光器中可调光衰减器6、混沌激光器光隔离器7，通过光纤焊接机连接在一起，利用光纤的非线性效应实现混沌激光的产生，产生的混沌激光注入具有损耗补偿结构的光纤环8，该光纤环的损耗补偿结构会对腔内的整体损耗进行有效补偿，从而延长注入信号的衰荡时间，同时会产生与传播次数有关的延迟信息，对输出信号进行数据采集和处理，进行自相关后即可得到峰值不同的类δ信号，通过对δ信号的峰值的提取和拟合，最终亦可实现混沌光纤环衰荡传感和检测。
所述的具有损耗补偿结构的高分辨率混沌光纤衰荡传感装置，混沌激光器泵浦源1发出的泵浦光通过混沌激光器波分复用器2耦合到激光腔内，此泵浦源采用单模光纤输出，这使得我们可以直接通过焊接来实现其与波分复用器的连接，避免了通过光纤调整架来实现光纤激光的耦合，增加了系统了稳定性。泵浦光进入到光纤激光腔内后进入掺铒光纤3，光经过混沌激光器输出耦合器4，大部分光继续在激光腔内传播至混沌激光腔中的偏振控制器5，通过混沌激光腔中的偏振控制器5可以调节激光器的输出状态。经过混沌激光腔中的偏振控制器5的光，继续传播到混沌激光腔中的可调光衰减器6，用于调节腔内的光的强度，经过混沌激光腔中的可调光衰减器6的光继续往前传播到混沌激光腔中的光隔离器7，混沌激光腔中的光隔离器的作用是保证光的单向传播，经过混沌激光腔中的光隔离器7后的传输光，进入到混沌激光腔中的波分复用器2形成光纤环形激光器。
所述的具有损耗补偿结构的高分辨率混沌光纤衰荡传感装置，从混沌激光器输出耦合器4输出的混沌光，直接注入具有损耗补偿结构的光纤环8，在光纤环8里面加载所要传感的传感元(sensor)，经过光纤环后的部分输出混沌激光作为测量光进入光电探测器9，经光电探测器9转变成测量信号，进入数据采集处理装置10，完成信号的采集和自相关，通过对自相关后的峰值进行提取与数据拟合，即可实现光纤传感。
所述的具有损耗补偿结构的高分辨率混沌光纤衰荡传感装置，传感元可以是光纤型压力传感器、光纤型温度传感器、光纤型气体或液体传感器。
所述的具有损耗补偿结构的高分辨率混沌光纤衰荡传感装置，所述具有损耗补偿结构的光纤环，工作在阈值之下时不使用滤波器进行去噪，并且因为可以持续注入所以可以得到更稳定的增益，工作在阈值之上时当腔内产生的激光与注入激光的波长一致或者接近时，不使用滤波器即可达到稳定的增益且输出信号仍然具有较高的信噪比；工作在阈值之上时只需使用一个滤波器在环内进行调节，将环内的波长与注入波长调节至相近或一致即可，若两者的波长极为接近时，不使用滤波器进行调节。
根据任一所述的装置实现高分辨率混沌光纤衰荡传感的方法，经过耦合器注入到光纤环内的混沌激光会在腔内进行循环传输，每个循环行程中都会有一小部分的混沌激光信号作为探测信号通过另一个光纤耦合器进入到探测器并进行记录，其余的混沌激光在光纤中继续传输，由于腔内损耗的存在，注入的混沌光信号最终会消耗殆尽，这一过程由记录的探测信号的自相关系数的变化来表征；这种变化可以由下式表示
这里δ和δ0分别表示混沌激光最终输出和初始进入光纤环的自相关系数，m是总的往返行程数，α是混沌激光在单个循环行程中的总传输损耗；当在此光纤环中添加的损耗补偿为G时，方程(1)变为
由式(2)看出增加损耗补偿后混沌激光的自相关系数的变化仍然呈指数变化；混沌激光绕环行走一圈的时间τr为nL/c.其中n代表光纤折射率，L代表光纤环的总长度，c是真空中的光速；因此，总时间t为m*τ；因此式(2)变为：
定义自相关系数降低到初始自相关系数值的1/e所经历的时间为衰荡时间τ0，则：
由式(4)可知，对腔内的原有损耗进行有效补偿后，得到更长的衰荡时间；在环内放置一个传感器后，当外部的操作，包括吸收、压力、温度、压力或环境材料折射率的变化引起传感头部的光纤变化时，都会引起附加损耗β，此时衰荡时间变为τ：
从式(6)中，可以看出此时外加损耗β仍然与(1/τ-1/τ0)呈线性关系；检测到的光损耗β可以通过计算为：
最小可探测光学损耗可以定义为：
在这里Δστ是最大衰荡时间的标准偏差它的物理意义为系统的稳定性，τ为最大衰荡时间，q定义为混沌激光的自相关系数衰减到到1/e值时所需的循环次数；由式(8)可以看出最小可探测光学损失βmin与最大衰荡时间成反比，与循环次数q成反比，与系统的稳定性成正比，因此当对腔内的原有损耗进行有效补偿后，可以得到更长的衰荡时间，同时q值会更高，所以系统能探测的到光损耗就越小。
本发明上述的一种混沌光纤环衰荡传感装置及其方法，与现有技术相比，本发明突出的特点是：1)混沌激光可以连续注入具有损耗补偿结构的环形腔内，不需要添加增益稳定的装置，在腔内就可以得到更加稳定的增益，从而可以降低装置的复杂度。2)此外混沌激光的天然的抗噪特性也使得整个装置在不使用滤波器的情况下仍然具有很高的信噪比，可以节约成本。
附图说明
图1是在本发明所用具有损耗补偿结构的混沌激光光纤衰荡的结构示意图。
图2是本发明使用的具有损耗补偿结构的光纤环的实验装置图。
图3分别为注入混沌信号的激光光谱图与在阈值之上环内产生的激光光谱图。
图4为不施加压力的情况下光纤环的衰荡时间与腔内损耗随增益电流的变化情况。
图5增益电流300mA下不添加任何外部损耗下输出信号的自相关。
图6增益电流300mA下不添加任何外部损耗下输出信号的衰荡时间变化。
图7增益电流300mA下施加不同压力输出信号的自相关的变化。
图8增益电流300mA下传感器的线性变化。
图中：1：混沌激光器泵浦源；2：混沌激光器波分复用器；3：掺铒光纤；4：混沌激光器输出耦合器；5：混沌激光器腔中偏振控制器；6.混沌激光器中可调光衰减器；7：混沌激光器光隔离器；8：具有损耗补偿结构的光纤环；9：光电探测器；10：数据采集处理装置。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
参考图1，本发明的一种具有损耗补偿结构的高分辨率混沌光纤衰荡传感装置，包括混沌激光器，具有损耗补偿结构的光纤环8、光电探测9、数据检测和处理系统10，其中：
混沌激光器包括混沌激光器泵浦源1、混沌激光器波分复用器2、掺铒光纤3、混沌激光器输出耦合器4、混沌激光器腔中偏振控制器5、混沌激光器中可调光衰减器6、混沌激光器光隔离器7，通过光纤焊接机连接在一起，利用光纤的非线性效应实现混沌激光的产生，产生的混沌激光注入具有损耗补偿结构的光纤环8，该光纤环的损耗补偿结构会对腔内的整体损耗进行有效补偿，从而延长注入信号的衰荡时间，同时会产生与传播次数有关的延迟信息，对输出信号进行数据采集和处理，进行自相关后即可得到峰值不同的类δ信号，通过对δ信号的峰值的提取和拟合，最终亦可实现混沌光纤环衰荡传感和检测。
参考图1，混沌激光器泵浦源1发出的泵浦光通过混沌激光器波分复用器2耦合到激光腔内，此泵浦源采用单模光纤输出，这使得我们可以直接通过焊接来实现其与波分复用器的连接，避免了通过光纤调整架来实现光纤激光的耦合，增加了系统了稳定性。泵浦光进入到光纤激光腔内后进入掺铒光纤3，光经过混沌激光器输出耦合器4，大部分光继续在激光腔内传播至混沌激光腔中的偏振控制器5，通过混沌激光腔中的偏振控制器5可以调节激光器的输出状态。经过混沌激光腔中的偏振控制器5的光，继续传播到混沌激光腔中的可调光衰减器6，用于调节腔内的光的强度，经过混沌激光腔中的可调光衰减器6的光继续往前传播到混沌激光腔中的光隔离器7，混沌激光腔中的光隔离器的作用是保证光的单向传播，经过混沌激光腔中的光隔离器7后的传输光，进入到混沌激光腔中的波分复用器2形成光纤环形激光器。但本发明专利不限于光纤环形器，也不限于光纤输出的波长，只要是混沌激光器都可以实现混沌衰荡装置。从混沌激光器输出耦合器4输出的混沌光，直接注入具有损耗补偿结构的光纤环8，在光纤环8里面加载所要传感的传感元(sensor)，经过光纤8环后的部分输出混沌激光作为测量光进入光电探测器9，经光电探测器9转变成测量信号，进入数据采集处理装置10，完成信号的采集和自相关，通过对自相关后的峰值进行提取与数据拟合，即可实现光纤传感。
在本发明中，构成组成混沌激光器的器件的相对位置可以改变。也可以采用其他结构的光纤激光器，甚至可以是半导体激光器，也不受限于混沌激光器的波长。
本发明光纤环中的损耗补偿结构可以是掺Er3+光纤放大器、掺Yb3+光纤放大器等其他掺杂光纤放大器。
本发明光纤环中的传感元可以是光纤型压力传感器、光纤型温度传感器、光纤型气体或液体传感器。
本发明装置的原理和检测方法如下：
经过耦合器注入到光纤环内的混沌激光会在腔内进行循环传输。每个循环行程中都会有一小部分的混沌激光信号作为探测信号通过另一个光纤耦合器进入到探测器并进行记录，其余的混沌激光在光纤中继续传输，由于腔内损耗的存在，注入的混沌光信号最终会消耗殆尽，这一过程可由记录的探测信号的自相关系数的变化来表征。这种变化可以由下式表示
这里δ和δ0分别表示混沌激光最终输出和初始进入光纤环的自相关系数，m是总的往返行程数，α是混沌激光在单个循环行程中的总传输损耗。当我们在此光纤环中添加的损耗补偿为G时，方程(1)变为
由式(2)可以看出增加损耗补偿后混沌激光的自相关系数的变化仍然呈指数变化。混沌激光绕环行走一圈的时间τr为nL/c.其中n代表光纤折射率，L代表光纤环的总长度，c是真空中的光速。因此，总时间t为m*τ。因此式(2)可以变为：
定义自相关系数降低到初始自相关系数值的1/e所经历的时间为衰荡时间τ0，则：
由式(4)可知，我们对腔内的原有损耗进行有效补偿后，可以得到更长的衰荡时间。在环内放置一个传感器后，当外部的操作，如吸收、压力、温度、压力，或环境材料折射率的变化引起传感头部的光纤变化时，都会引起附加损耗β，此时衰荡时间变为τ：
从式(6)中，我们可以看出此时外加损耗β仍然与(1/τ-1/τ0)呈线性关系。因此，混沌相关荡技术可以用于各种化学、医学和物理方面。检测到的光损耗β可以通过计算为：
最小可探测光学损耗可以定义为：
在这里Δστ是最大衰荡时间的标准偏差它的物理意义为系统的稳定性，τ为最大衰荡时间，q定义为混沌激光的自相关系数衰减到到1/e值时所需的循环次数。由式(8)可以看出最小可探测光学损失βmin与最大衰荡时间成反比，与循环次数q成反比，与系统的稳定性成正比，因此当对腔内的原有损耗进行有效补偿后，可以得到更长的衰荡时间，同时q值会更高，所以系统能探测的到光损耗就越小。
由上述分析可知，使用本发明的混沌光纤环衰荡装置，可以有效的延长衰荡时间，增加循环次数，从而系统会具有能探测更低光损耗的能力，此外输出信号的自相关峰值的仍然会符合指数变化规律，外部传感引起的损耗β仍然与(1/τ-1/τ0)呈线性关系。这表明使用具有具有损耗补偿结构的混沌光纤环衰荡装置，将会有效地提高混沌衰荡技术的分辨率，同时并不会使系统变得复杂，这将对该技术的实用性具有指导意义。
参考图2，本发明的具有损耗补偿结构的光纤环8的实验装置图，该光纤环主要包括掺铒光纤(EDF)、一个980/1550nm的波分复用器(WDM)、一个980nm的半导体激光器、两个完全相同的耦合比为95:5的2*1光纤耦合器(OC-1、OC-2)、一个偏振无关的光隔离器(ISO)来保证光的单性传输以及部分单模光纤。将混沌激光从OC-1的5％端注入到具有损耗补偿结构的光纤环8中，输入到光纤环内的混沌激光在腔内循环时由于损耗补偿结构的存在每循环一次的损耗都会得到有效的降低，从而衰荡时间就会得到有效的延长。经过损耗补偿结构的混沌激光到达OC-2后一部分光经过5％端输出环外作为测量信号进入光电探测器9，另一部分经过95％端继续在光纤环内循环传输。其中，环形腔的总长度为21m，EDF长度为14m。
本发明的带有补偿结构的光纤环与背景技术提到的两种相比较，工作在阈值之下时不需要使用滤波器进行去噪并且因为可以持续注入所以可以得到更稳定的增益，工作在阈值之上时当腔内产生的激光与注入激光的波长一致或者接近时，不需要使用滤波器即可达到稳定的增益且输出信号仍然具有较高的信噪比(如图4所示)。工作在阈值之上时只需使用一个滤波器在环内进行调节，将环内的波长与注入波长调节至相近或一致即可，在本实施例中两者的波长极为接近相差仅为0.2nm，所以没有使用滤波器进行调节如图3所示，图3(a)为注入混沌信号的激光光谱图，图3(b)为在阈值之上环内产生的激光光谱图。
实验中对环形腔中的某段光纤施加不同的压力，从而使环形衰荡腔内的损耗发生变化。光纤环内的某一小段光纤夹具有微弯结构的微弯齿之间(防止光纤由于施加压力过大而折断)，在微弯传感器的上方放置一个推力计，推力计固定在可以移动的调节架上，通过调节调节架可以对被测光光纤施加不同的压力。
图4为不施加压力的情况下光纤环的衰荡时间与腔内损耗随增益电流的变化情况。随着增益电流的增加腔内的损耗越来越小，衰荡时间越来越长，这充分说明我们的损耗补偿结构确实对腔内的整体损耗进行了有效的补偿。
图5为增益电流300mA下不添加任何外部损耗下输出信号的自相关，从图中可以看出注入信号经过损耗补偿环后自相关峰值仍然呈指数衰减。虽然自相关函数的噪声基底有所提升但是并不影响自相关峰值的提取，与公式(3)表述相符。
图6为增益电流300mA下不添加任何外部损耗下输出信号的衰荡时间变化，从图中可以看出即使不施加任何外力系统的衰荡时间也会有所抖动，在该情况下我们对得到的衰荡时间的方差(standard error in ring-down time)为47.37ns，衰荡时间(ring-downtime)的均值为2.7μs，有效衰荡次数为26。根据公式(8)计算可得该系统的最小探测光损耗(Minimumdetectable change in loss)为5.9×10-4Np。根据已报道的文献K.Sharma,M.I.M.A.Khudus,S.U.Alam,S.Bhattacharya,D.Venkitesh,and G.Brambilla,“Comparison of detection limit in fiber-based conventional,amplified,andgain-clamped cavity ring-down techniques,”Opt.Commun.407,186–192(2018)中用脉冲光源获得的衰荡实验数据(具体见该文献表1)，其中(conventional CRDT)为无损耗补偿结构的脉冲衰荡，(Amplified CRDT)为背景技术中的第一种损耗补偿方式，实验中的环长为64.8m，(Gain-clamp CRDT)为背景技术中的第二中损耗补偿方式，实验中环长为72m。与文献中给出的两种损耗补偿的数据进行比较，本发明的最小探测光损耗为5.9×10-4Np要低于下表中的最低值(3.09×10-3Np)，表明本发明的分辨率更高，假如环长从21m增加至72m相应的衰荡时间也将会增加3.4倍，在衰荡时间方差不变的情况下，最小探测损耗将降低3.4倍将会变为1.7×10-4Np。
图7为增益电流300mA下施加不同压力输出信号的自相关峰值的指数拟合的变化。可以看出随着压力的增加在相同时间坐标下的自相关峰值逐渐降低，相应的衰当时间逐渐减小。
图8为增益电流300mA下传感器的线性变化。图8中施加压力从0到4N，传感器的自相关峰值变化不是很明显，在4N处出现拐点，在4.5N至10N都呈现线性增长，对4.5N至10N进行线性拟合得到的线性拟合度高达0.99405，根据公式(6)可知拟合直线的斜率与由传感器引起的损耗有关。实验中获得的拟合斜率为0.00613，对应的灵敏度为0.00613ns-1N-1根据计算可得该微弯压力传感器的损耗系数为7.28N-1m-1。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种具有损耗补偿结构的高分辨率混沌光纤衰荡传感装置，其特征在于，包括混沌激光器、具有损耗补偿结构的光纤环(8)、光电探测(9)、数据检测和处理系统(10)；所述具有损耗补偿结构的光纤环(8)包括掺铒光纤(EDF)、一个波分复用器(WDM)、一个半导体激光器、两个完全相同的耦合比为95:5的2*1光纤耦合器OC-1和OC-2、一个偏振无关的光隔离器(ISO)；掺铒光纤(EDF)一端连接OC-1，另一端连接波分复用器，波分复用器另一端连接传感元的一端和半导体激光器的一端，传感元的另一端连接OC-2，OC-2的95％端连接光隔离器的一端，光隔离器的另一端连接OC-1的95％端；将混沌激光器发出的混沌激光从OC-1的5％端注入，输入到光纤环内的混沌激光在腔内循环时由于损耗补偿的存在每循环一次的损耗都会得到有效的降低，从而衰荡时间就会得到有效的延长；经过损耗补偿的混沌激光到达OC-2后一部分光经过5％端输出环外作为测量信号进入光电探测器(9)，另一部分经过95％端继续在光纤环内循环传输。
2.根据权利要求1所述的具有损耗补偿结构的高分辨率混沌光纤衰荡传感装置，其特征在于，采用的是一个980/1550nm的波分复用器(WDM)、一个980nm的半导体激光器。
3.根据权利要求1所述的具有损耗补偿结构的高分辨率混沌光纤衰荡传感装置，其特征在于，混沌激光器包括混沌激光器泵浦源(1)、混沌激光器波分复用器(2)、掺铒光纤(3)、混沌激光器输出耦合器(4)、混沌激光器腔中偏振控制器(5)、混沌激光器中可调光衰减器(6)、混沌激光器光隔离器(7)，通过光纤焊接机连接在一起，利用光纤的非线性效应实现混沌激光的产生，产生的混沌激光注入具有损耗补偿结构的光纤环(8)，该光纤环的损耗补偿结构会对腔内的整体损耗进行有效补偿，从而延长注入信号的衰荡时间，同时会产生与传播次数有关的延迟信息，对输出信号进行数据采集和处理，进行自相关后即得到峰值不同的类δ信号，通过对类δ信号的峰值的提取和拟合，最终实现混沌光纤环衰荡传感和检测。
4.根据权利要求3所述的具有损耗补偿结构的高分辨率混沌光纤衰荡传感装置，其特征在于，混沌激光器泵浦源(1)发出的泵浦光通过混沌激光器波分复用器(2)耦合到激光腔内，此泵浦源采用单模光纤输出；泵浦光进入到光纤激光腔内后进入掺铒光纤(3)，光经过混沌激光器输出耦合器(4)，大部分光继续在激光腔内传播至混沌激光腔中的偏振控制器(5)，通过混沌激光腔中的偏振控制器(5)调节激光器的输出状态；经过混沌激光腔中的偏振控制器(5)的光，继续传播到混沌激光腔中的可调光衰减器(6)，用于调节腔内的光的强度，经过混沌激光腔中的可调光衰减器(6)的光继续往前传播到混沌激光腔中的光隔离器(7)，混沌激光腔中的光隔离器的作用是保证光的单向传播，经过混沌激光腔中的光隔离器(7)后的传输光，进入到混沌激光腔中的波分复用器(2)形成光纤环形激光器。
5.根据权利要求4所述的具有损耗补偿结构的高分辨率混沌光纤衰荡传感装置，其特征在于，从混沌激光器输出耦合器(4)输出的混沌光，直接注入具有损耗补偿结构的光纤环(8)，在光纤环(8)里面加载所要传感的传感元(sensor)，经过光纤环后的部分输出混沌激光作为测量光进入光电探测器(9)，经光电探测器(9)转变成测量信号，进入数据采集处理装置(10)，完成信号的采集和自相关，通过对自相关后的峰值进行提取与数据拟合，即实现光纤传感。
6.根据权利要求5所述的具有损耗补偿结构的高分辨率混沌光纤衰荡传感装置，其特征在于，传感元是光纤型压力传感器或光纤型温度传感器或光纤型气体或液体传感器。
7.根据权利要求1所述的具有损耗补偿结构的高分辨率混沌光纤衰荡传感装置，其特征在于，所述具有损耗补偿结构的光纤环，工作在阈值之下时不使用滤波器进行去噪，并且因为持续注入所以能够得到更稳定的增益，工作在阈值之上时当腔内产生的激光与注入激光的波长一致或者接近时，不使用滤波器即可达到稳定的增益且输出信号仍然具有较高的信噪比；工作在阈值之上时只需使用一个滤波器在环内进行调节，将环内的波长与注入波长调节至相近或一致即可，若两者的波长极为接近时，不使用滤波器进行调节。
8.根据权利要求1-7任一所述的装置实现高分辨率混沌光纤衰荡传感的方法，其特征在于，经过耦合器注入到光纤环内的混沌激光会在腔内进行循环传输，每个循环行程中都会有一小部分的混沌激光信号作为探测信号通过另一个光纤耦合器进入到探测器并进行记录，其余的混沌激光在光纤中继续传输，由于腔内损耗的存在，注入的混沌光信号最终会消耗殆尽，这一过程由记录的探测信号的自相关系数的变化来表征；这种变化由下式表示
这里δ和δ0分别表示混沌激光最终输出和初始进入光纤环的自相关系数，m是总的往返行程数，α是混沌激光在单个循环行程中的总传输损耗；当在此光纤环中添加的损耗补偿为G时，方程(1)变为
由式(2)看出增加损耗补偿后混沌激光的自相关系数的变化仍然呈指数变化；混沌激光绕环行走一圈的时间τr为nL/c.其中n代表光纤折射率，L代表光纤环的总长度，c是真空中的光速；因此，总时间t为m*τ；因此式(2)变为：
定义自相关系数降低到初始自相关系数值的1/e所经历的时间为衰荡时间τ0，则：
由式(4)可知，对腔内的原有损耗进行有效补偿后，得到更长的衰荡时间；在环内放置一个传感器后，当外部的操作，包括吸收、压力、温度、压力或环境材料折射率的变化引起传感头部的光纤变化时，都会引起附加损耗β，此时衰荡时间变为τ：
从式(6)中得出此时外加损耗β仍然与(1/τ-1/τ0)呈线性关系；检测到的光损耗β通过计算为：
最小可探测光学损耗可以定义为：
在这里Δστ是最大衰荡时间的标准偏差, 它的物理意义为系统的稳定性，τ为最大衰荡时间，q定义为混沌激光的自相关系数衰减到到1/e值时所需的循环次数；由式(8)得出最小可探测光学损失βmin与最大衰荡时间成反比，与循环次数q成反比，与系统的稳定性成正比，因此当对腔内的原有损耗进行有效补偿后，得到更长的衰荡时间，同时q值会更高，所以系统能探测的到光损耗就越小。
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