CN110260800A - 基于量子增强的微悬臂梁光纤光栅微位移传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于量子增强的微悬臂梁光纤光栅微位移传感器，其特征包括激光器、2×1耦合器、滤波器、掺铒光纤放大器、滤波器、光纤偏振控制器、光纤偏振分束器、色散位移光纤、粗波分复用器、光纤隔离器、光纤布拉格光栅、微悬臂梁、平衡探测器、频谱分析仪；本发明使用经四波混频后产生的量子纠缠双光束，其具有高度量子相关性，每个模式的强度差量子噪声都降低，探测光与参考光量子相关噪声相减，产生低于散粒噪声极限的噪声基底，使被湮没在量子噪声下的信号可以被探测到，由此实现对微位移的突破量子噪声极限的超高灵敏度测量。本发明微悬臂梁光纤光栅微位移传感器具有极高灵敏度，安全可靠，很高的实用价值的优点。
Description
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，特别涉及基于量子增强的微悬臂梁光纤光栅微位移传感器。
背景技术
光纤光栅微位移传感器利用布拉格光纤光栅会在外部应变变化的状况下中心波长发生改变，导致反射光强度变化的原理来实现对位移量的测量。又因为其具有以下优点：1)抗电磁干扰，难腐蚀；2)信号通过光波传播，速度快；3)可复用，可以很大的提高光纤的利用率；4)体积小，形状具有可塑性。所以光纤光栅微位移传感器广泛应用于民用工程领域的结构检测，例如，桥梁、大坝、电力设施、海上石油平台等大型架构。
长度量是最基本的几何参量之一，它包括距离、位移等。长度量的测量对于人们进行科学研究以及促进科学发展都具有十分重要的意义。尤其是微米、纳米级别的微位移测量，在各个领域的研究中都占有重要的地位，随着科技的进步和发展，其重要性也日益增加。微位移测量技术在精密系统测量、精密材料加工、微型装置装配、纳米技术和基因工程的显微操作系统等方面具有很好的应用前景。现阶段，微小位移的测量精度不断提高，检测方法呈现出多样化。
微悬臂梁传感器是微机电系统器件中具有结构简单、分辨率高、易阵列化和易集成化等优势的传感器，使其成为人们研究的热点领域之一。微悬臂梁的尺寸属于微纳米量级，并具有多种结构样式可实现多样化功能，从而被广泛的应用于信息工程、生物工程、微力测量、环境监测等诸多领域。随着应用领域的不断拓展，同时因为结构特点及尺寸的特殊性，使微悬臂梁传感器正朝着多功能化、智能化、集成化、微型化的应用需求趋势发展。
普通光纤光栅微位移传感器通常采用波长检测，但是它们会受到波长灵敏度和分辨率的限制，使得测量精度不能进一步提高。本发明提出一种基于量子增强的微悬臂梁光纤光栅微位移传感器用于实现位移的极高灵敏度测量。本发明采用强度检测取代普通光纤光栅微位移传感器的波长检测。强度检测相较于波长检测具有更高的精度，但很微小的光强度可能会被湮没在噪声里，因此将量子增强引入到光纤光栅传感中。本发明利用量子纠缠源产生的共轭光束对位移量进行探测，因为量子共轭光束具有高度量子相关性，对双光束做差分处理可以使灵敏度突破量子噪声极限。因此本发明提出的突破量子噪声极限的基于量子增强的微悬臂梁光纤光栅微位移传感器具有极高灵敏度，结构简单，具有很高的实用价值。
发明内容
为了克服普通光纤光栅微位移传感器受到波长灵敏度和分辨率的限制，使得测量精度不能进一步提高的问题，本发明提出了一种具有极高灵敏度，结构简单，具有很高的实用价值的突破量子噪声极限的基于量子增强的微悬臂梁光纤光栅微位移传感器。
本发明为解决技术问题所采取的传感方法：
步骤(1)光纤量子纠缠源的产生：由光纤飞秒激光器所发出激光经滤波器分成两路光，两路光分别在经过处理后得到功率增大的泵浦光和功率较小的信号光，两光束通过耦合器耦合到色散位移光纤中产生四波混频效应，在四波混频过程中，对于每束发射的信号光，发射具有相反失谐的相应共轭闲频光，从而满足能量守恒，同样，发射角与信号光的角度相反，以保持动量。单空间模式情形的哈密顿量是:
其中ki表示场的空间模式，χ(2)是非线性系数，ap是泵浦场振幅，是约化普朗克常量，C.为基波振幅，这被认为是不完整的，运动方程是以此推导出了时变运算符方程：
其中κ是总非线性系数乘以泵浦振幅，因为它与信号光和闲频光相比是非衰减的并且在幅度上是大的，所以它是一个常数，并且其中结果，相同空间模式中的信号光和闲频光具有量子相关强度，这些量子相关性表现为在测量光束之间的强度差异时的较低噪声基底(在没有损失的情况下归一化为散粒噪声极限):
其中N-，是光子数差算符。
另外，称为相干区域的每个光束的宏像素在光束上成对相关，在每个相干区域由单个空间模式描述的限制中，哈密顿量由多个并发非线性组成：
已经表明，方程(5)导致时域和空间域中多种模式的量子噪声降低，相干区域实际上是独立的，如果远场中的相干性倾向于零，则将其视为方程(5)中的空间模式，即<a(ki)+a(kj)+a(ki)a(kj)>→0。如果包含在光束内的相干区域在检测平面中不相互干扰，则有效地满足该条件，如果每对都被隔离并且测量强度差异，则量子噪声降低将接近方程(4)。
经过四波混频后产生的波长较长的信号光和波长较短的闲频光两者是共轭的，具有高度量子相关性，其强度差量子噪声大大降低，获得了所需的光纤量子纠缠源。
步骤(2)光纤微位移的传感：经四波混频后产生的闲频光进入平衡探测器一端口作为参考光，而信号光则输入到一个粘在微悬臂梁上且其中心波长与信号光匹配的光纤布拉格光栅中作为探测光，最后再输入到平衡探测器另一端口中。当有微位移产生时布拉格光纤光栅的中心波长发生变化，导致布拉格光纤光栅对探测光反射度变化，其原理如下：
光纤光栅的中心波长取决于光纤光栅的有效折射率和周期，具体表达式为：
λB＝2neffΛ (6)
式(6)表示光纤光栅的中心波长λB与光纤光栅的有效折射率neff和周期Λ的关系，其中neff和Λ会随应力的变化而变化，式(7)表示光纤光栅的中心波长的变化量ΔλB与应力ε的关系，pij是光纤材料的弹光张量分量，Δε是应变变化量，ν为光纤材料泊松比系数。光纤光栅的反射谱可以近似用高斯函数表示：
式(8)表示光纤光栅反射谱中反射强度F与光纤光栅中心波长ν1的关系，x为波长，(λ2-λ1)表示布拉格光纤光栅的反射波长范围；当入射探测光波长与光纤光栅中心波长不再匹配时布拉格光纤光栅对探测光反射度下降。
微悬臂梁的振动产生的位移会使得布拉格光纤光栅上受到轴向应力使其产生形变，导致其中心波长发生改变，又因为布拉格光纤光栅的反射谱近似于高斯函数，因此光栅中心波长变化，而入射的探测光波长不变，会使反射光强度发生变化，而且反射光强度的变化与微位移量呈线性关系，对所得光纤布拉格光栅反射光强度与参考光比较，通过测量强度变化可以获得微位移量。
经四波混频后产生的量子纠缠源，它是具有纠缠空间模式的相关双光束，具有高度量子相关性，每个模式都表现出强度差量子噪声降低，探测光与参考光量子相关噪声相减，产生低于散粒噪声极限的噪声基底，使原来被湮没在量子噪声下的强度变化信号可以被探测到，实现对微位移的突破量子噪声极限的超高灵敏度测量。
本发明为解决技术问题所采取的装置：
其特征在于包括激光器、2×1耦合器、滤波器、掺铒光纤放大器、滤波器、光纤偏振控制器、光纤偏振分束器、色散位移光纤、粗波分复用器、光纤隔离器、光纤布拉格光栅、微悬臂梁、平衡探测器、频谱分析仪构成的4个模块：光纤量子纠缠源模块、光纤传输模块、光纤传感模块、数据分析模块；
2×1耦合器包括第一耦合器、第二耦合器和第三耦合器，光纤偏振控制器包括第一、第二和第三偏振控制器，光纤偏振分束器包括第一和第二偏振分束器，滤波器包括第一和第二滤波器。
所述光纤量子纠缠源模块由光纤飞秒激光器、2×1耦合器、滤波器、掺铒光纤放大器(EDFA)、滤波器、光纤偏振控制器(FPC)、光纤偏振分束器(FPBS)、色散位移光纤(DSF)组成。该模块用来产生量子纠缠源，利用四波混频产生的双光束具有高度量子相关性。其中的第一耦合器一端口一端与激光器相连，第一耦合器两端口一侧的高分光比端口与第一滤波器输入端相连，第一滤波器输出端与掺铒光纤放大器输入端相连，掺铒光纤放大器输出端与第一偏振控制器一端相连，第一偏振控制器另一端与第一偏振分束器一端相连，第一偏振分束器另一端与第二耦合器两端口的一端相连，第一耦合器两端口一侧的低分光比端口与第二滤波器输入端相连，第二滤波器输出端与第二偏振控制器一端相连，第二偏振控制器另一端与第二偏振分束器一端相连，第二偏振分束器另一端与第三偏振控制器一端相连，第三偏振控制器另一端与第二耦合器两端口的另一端相连，第二耦合器一端口的一端与色散位移光纤一端相连。
所述光纤传输模块由粗波分复用器(CWDM)、光纤隔离器组成。该模块用粗波分复用器来选择所需的放大的信号光和闲频波，光纤隔离器保证反射光按照既定的方向行进。其中的色散位移光纤另一端与粗波分复用器输入端相连，粗波分复用器输出端一端口与平衡探测器输入端一端口相连，粗波分复用器输出端另一端口与光纤隔离器一端相连。
所述光纤传感模块由耦合器、光纤布拉格光栅(FBG)、微悬臂梁组成。该模块用来测得因为微悬臂梁位移量的变化造成的的光纤布拉格光栅反射光强度的改变。其中的光纤隔离器另一端与第三耦合器两端口一端相连，第三耦合器一端口一端与布拉格光纤光栅一端相连，布拉格光纤光栅另一端与微悬臂梁相连。
所述数据分析模块由平衡探测器、频谱分析仪组成。该模块对所得光纤布拉格光栅反射光与参考光比较，通过测量强度变化可以获得微位移量。其中的第三耦合器两端口另一端与平衡探测器输入端另一端口相连，平衡探测器输出端与频谱分析仪相连。
所述布拉格光纤光栅传感头采用温度不敏感布拉格光纤光栅，中心波长与信号光波长匹配。
本发明的有益效果为：
本发明能使原来被湮没在量子噪声下的信号可以被探测到。量子噪声直接源于海森堡不确定性原理，其包含两个主要噪声源，即反作用噪声和散粒噪声。反作用噪声来自光子动量噪声传递引起的微悬臂位置的扰动。在许多情况下，热噪声、经典激光噪声和量子力学反作用可以限制微悬臂梁中最小的可检测位移，但是我们可以通过别的技术方法避开这些噪声。因此相干光场的噪声水平，即光子散粒噪声极限，成为了主要的噪声源。用传统光学手段无法突破散粒噪声极限，只能采用量子增强才可以突破。
而本发明使用的信号和闲频双光束在强度方面具有很强的量子相关性，即它们强度差的量子噪声水平比散粒噪声极限低3.1分贝(校正损耗后为10.4分贝)。这使得信号光经过光纤布拉格光栅输入到平衡探测器后，微位移造成的强度差即使低于散粒噪声极限，其仍能被探测到。由此可以实现对微位移的突破量子噪声极限的超高灵敏度测量。
本发明用温度不敏感光纤布拉格光栅避免应力与温度的交叉敏感问题。随着位移的变化，光纤光栅折射率分布和栅距发生改变，使得布拉格光纤光栅的反射光强度发生变化，探测光与参考光量子相关噪声相减，产生低于散粒噪声极限的噪声基底，因此可以实现位移的突破量子噪声极限的高灵敏度测量。
附图说明
图1为基于量子增强的微悬臂梁光纤光栅微位移传感器结构示意图。
图2所示为布拉格光纤光栅反射谱示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
如图1所示，基于量子增强的微悬臂梁光纤光栅微位移传感器，包括激光器1、第一耦合器2、第一滤波器3、掺铒光纤放大器4、第一光纤偏振控制器5、第一光纤偏振分束器6、第二滤波器7、第二光纤偏振控制器8、第二光纤偏振分束器9、第二光纤偏振控制器10、第二耦合器11、色散位移光纤12、粗波分复用器13、光纤隔离器14、第三耦合器15、传输光纤16，光纤布拉格光栅17、微悬臂梁18、平衡探测器19、频谱分析仪20。
所述光纤量子纠缠源模块中的第一耦合器2一端口一端201与激光器相连，第一耦合器2两端口一侧的高分光比端口202与第一滤波器3输入端相连，第一滤波器3输出端与掺铒光纤放大器4输入端相连，掺铒光纤放大器4输出端与第一偏振控制器5一端相连，第一偏振控制器5另一端与第一偏振分束器6一端相连，第一偏振分束器6另一端与第二耦合器11两端口的一端1102相连，第一耦合器2两端口一侧的低分光比端口203与第二滤波器7输入端相连，第二滤波器7输出端与第二偏振控制器8一端相连，第二偏振控制器8另一端与第二偏振分束器9一端相连，第二偏振分束器9另一端与第三偏振控制器10一端相连，第三偏振控制器10另一端与第二耦合器11两端口的另一端1103相连，第二耦合器11一端口的一端1101与色散位移光纤12一端相连。
所述光纤传输模块中的色散位移光纤12另一端与粗波分复用器13输入端1301相连，粗波分复用器13输出端一端口1302与平衡探测器18输入端一端口1802相连，粗波分复用器13输出端另一端口1303与光纤隔离器14一端相连。
所述光纤传感模块中的光纤隔离器14另一端与第三耦合器15两端口一端1502相连，第三耦合器15一端口一端1501与布拉格光纤光栅16一端相连，布拉格光纤光栅16另一端与微悬臂梁17相连。
所述数据分析模块中的第三耦合器15两端口另一端1503与平衡探测器18输入端另一端口1803相连，平衡探测器输出端1801与频谱分析仪相连。
本发明的工作方式为：
所述光纤量子纠缠源模块中的激光器1发出的光经第一耦合器2的两端口一侧的高分光比端口202输出高功率光，经过第一滤波器3滤波得到所需的较长波长光，在通过掺铒光纤放大器4放大得到所需泵浦功率，泵浦光的偏振和功率由第一光纤偏振控制器5和第一光纤偏振分束器6控制，之后泵浦光输入到第二耦合器11两端口的一端1102。第一耦合器2的两端口一侧的低分光比端口203输出低功率光，经过第二滤波器7滤波得到所需的较短波长光，此信号光的强度和偏振由第二光纤偏振控制器8和第三光纤偏振控制器10控制，之后输入到第二耦合器11两端口的另一端1103，耦合光从第二耦合器11的一端口一端1101输入到色散位移光纤12产生四波混频效应获得纠缠双光束。
所述光纤传输模块中的色散位移光纤12另一端连接四通道粗波分复用器13的输入端1301，用来滤去泵浦光。波长较短的闲频光从四通道粗波分复用器13的输出端1302输出到平衡探测器18输入端一端口1802。波长较长的信号光从四通道粗波分复用器13的输出端1303输出，后面的一个光纤隔离器14防止反射光通过。
所述光纤传感模块中：信号光经过第三耦合器15的1502端口输入，从第三耦合器15的1501端口输出到粘在微悬臂梁17上的布拉格光纤光栅16中，得到强度变化的反射光。
所述数据分析模块：产生的反射光从第三耦合器15的1503端口输入到平衡探测器1803端口。纠缠双光束经平衡探测器18处理后输入到频谱分析仪19进行分析。
由于微悬臂梁的振动产生的位移会使得布拉格光纤光栅上受到轴向应力使其产生形变，导致其中心波长发生改变，又因为布拉格光纤光栅的反射谱近似于高斯函数，因此光栅中心波长变化，而入射探测光波长不变，会使反射光强度发生很大变化，对所得光纤布拉格光栅反射光强度与参考光比较，可以分析解调出变化的位移量；
又因为本发明使用的是经四波混频后产生的量子纠缠源，它是具有纠缠空间模式的相关双光束，具有高度量子相关性，每个模式都表现出强度差量子噪声降低，探测光与参考光量子相关噪声相减，产生低于散粒噪声极限的噪声基底，使原来被湮没在量子噪声下的信号可以被探测到，由此实现对微位移的突破量子噪声极限的超高灵敏度测量。
该装置能够实现基于量子增强的微悬臂梁光纤光栅微位移传感器的位移测量的关键技术有：
1、四波混频是当一束或两束强泵浦波进入光纤时，只要满足位相匹配条件信号波和闲频波就能从噪声中形成；如果弱信号也同泵浦波一起进入光纤，那么此信号将被放大，同时产生出闲频波。探测技术依赖于非简并四波混频来产生具有纠缠空间模式的双光束，每个模式都表现出强度差量子噪声降低。当入射到空间分辨检测器上时，量子相关噪声相减，产生低于散粒噪声极限的噪声基底，用于不同的测量。由于差分测量带来的位置噪声消除，在数小时内不需要稳定激光频率或指向稳定性。
2、粗波分复用器的波长选择，经过四波混频后会得到信号光，剩余的泵浦波，闲频波，其中信号光用来测量参量的变化作为探测光，闲频波作为参考光与信号光比较。而剩余的泵浦波是多余的，因此我们要选择合适的粗波分复用器来分离三个光，以此来去除泵浦波对实验的影响。
3、光源的量子相关性是否优秀，本发明使用的光纤量子纠缠源具有高度量子相关性。
4、布拉格光纤光栅传感头采用温度不敏感布拉格光纤光栅，中心波长要与信号光波长匹配。
本发明的一个具体案例中，微悬臂梁上的基本谐振频率为13千赫，力常数为0.2N/m。激光器功率为1mW，激光器输出光经四波混频后信号光波长为1570nm，闲频光波长为1530nm，剩余的泵浦光波长为1552nm，频率40MHz，脉冲为150fs。光纤布拉格光栅中心波长为1570nm。频谱分析仪设置如下:分辨率带宽：10千赫；显示带宽：100赫兹；扫描时间：2s；20个平均数。得到的噪声基底比相同光功率下的经典读出光低4.0±0.1分贝。在大多数位移的限制下，信噪比由读出光中可用的量子噪声减少量决定，这意味着我们直接观察到信噪比增加了4dB。对于用于这些测量的10千赫分辨率带宽，这将导致最小可分辨悬臂位移从40.6±0.8μm减小到20.4±0.8μm，从而能够测量先前被散粒噪声遮挡的位移。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。
Claims (2)
1.基于量子增强的微悬臂梁光纤光栅微位移传感方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤(1)光纤量子纠缠源的产生：由光纤飞秒激光器所发出激光经滤波器分成两路光，两路光分别在经过处理后得到功率增大的泵浦光和功率较小的信号光，两光束通过耦合器耦合到色散位移光纤中产生四波混频效应，在四波混频过程中，对于每束发射的信号光，发射具有相反失谐的相应共轭闲频光，从而满足能量守恒，同样，发射角与探针的角度相反，以保持动量，单空间模式情形的哈密顿量是:
其中ki表示场的空间模式，χ(2)是非线性系数，ap是泵浦场振幅，是约化普朗克常量，C.为基波振幅，这被认为是不完整的，运动方程是以此推导出了时变运算符方程：
其中κ是总非线性系数乘以泵浦振幅，它与信号光和闲频光相比是非衰减的的并且在幅度上是大的，它是一个常数，并且其中结果，相同空间模式中的信号光和闲频光具有量子相关强度，这些量子相关性表现为在测量光束之间的强度差异时的较低噪声基底(在没有损失的情况下归一化为散粒噪声极限):
其中N-，是光子数差算符；
另外，称为相干区域的每个光束的宏像素在光束上成对相关，在每个相干区域可以由单个空间模式描述的限制中，哈密顿量将由多个并发非线性组成：
方程(5)导致时域和空间域中多种模式的量子噪声降低，相干区域实际上是独立的，如果远场中的相干性倾向于零，则将其视为方程(5)中的空间模式，即<a(ki)+a(kj)+a(ki)a(kj)>→0，如果包含在光束内的相干区域在检测平面中不相互干扰，则有效地满足该条件，如果每对都被隔离并且测量强度差异，则量子噪声降低将接近方程(4)；
经过四波混频后产生的波长较长的信号光和波长较短的闲频光两者是共轭的，具有高度量子相关性，其强度差量子噪声大大降低，获得了所需的光纤量子纠缠源；
步骤(2)光纤微位移的传感：经四波混频后产生的闲频光进入平衡探测器一端口作为参考光，而信号光则输入到一个粘在微悬臂梁上且其中心波长与信号光匹配的光纤布拉格光栅中作为探测光，最后再输入到平衡探测器另一端口中；当有微位移产生时布拉格光纤光栅的中心波长发生变化，导致布拉格光纤光栅对探测光反射度变化，其原理如下：
光纤光栅的中心波长取决于光纤光栅的有效折射率和周期，具体表达式为：
λB＝2neffΛ (6)
式(6)表示光纤光栅的中心波长λB与光纤光栅的有效折射率neff和周期Λ的关系，其中neff和Λ会随应力的变化而变化，式(7)表示纤光栅的中心波长的变化量ΔλB与应力ε的关系，pij是光纤材料的弹光张量分量，Δε是应变变化量，ν为光纤材料泊松比系数，光纤光栅的反射谱可以近似用高斯函数表示：
式(8)表示光纤光栅反射谱中反射强度F与光纤光栅谐振波长ν1的关系，x为波长，(λ2-λ1)表示布拉格光纤光栅的反射波长范围；当入射探测光波长与光纤光栅中心波长不再匹配时布拉格光纤光栅对探测光反射度下降；
微悬臂梁的振动产生的位移会使得布拉格光纤光栅上受到轴向应力使其产生形变，导致其中心波长发生改变，又因为布拉格光纤光栅的反射谱近似于高斯函数，因此光栅中心波长变化，而入射的探测光波长不变，会使反射光强度发生变化，而且反射光强度的变化与微位移量呈线性关系，对所得光纤布拉格光栅反射光强度与参考光比较，通过测量强度变化可以获得微位移量；
经四波混频后产生的量子纠缠源，它是具有纠缠空间模式的相关双光束，具有高度量子相关性，每个模式都表现出强度差量子噪声降低，探测光与参考光量子相关噪声相减，产生低于散粒噪声极限的噪声基底，使原来被湮没在量子噪声下的强度变化信号可以被探测到，由此实现对微位移的突破量子噪声极限的超高灵敏度测量。
2.实现权利要求(1)所述方法的装置特征在于包括激光器、2×1耦合器、滤波器、掺铒光纤放大器、滤波器、光纤偏振控制器、光纤偏振分束器、色散位移光纤、粗波分复用器、光纤隔离器、光纤布拉格光栅、微悬臂梁、平衡探测器、频谱分析仪构成的4个模块：光纤量子源纠缠模块、光纤传输模块、光纤传感模块、数据分析模块；
所述光纤量子纠缠源模块中的第一耦合器一端口一端与激光器相连，第一耦合器两端口一侧的高分光比端口与第一滤波器输入端相连，第一滤波器输出端与掺铒光纤放大器输入端相连，掺铒光纤放大器输出端与第一偏振控制器一端相连，第一偏振控制器另一端与第一偏振分束器一端相连，第一偏振分束器另一端与第二耦合器两端口的一端相连，第一耦合器两端口一侧的低分光比端口与第二滤波器输入端相连，第二滤波器输出端与第二偏振控制器一端相连，第二偏振控制器另一端与第二偏振分束器一端相连，第二偏振分束器另一端与第三偏振控制器一端相连，第三偏振控制器另一端与第二耦合器两端口的另一端相连，第二耦合器一端口的一端与色散位移光纤一端相连；
所述光纤传输模块中的色散位移光纤另一端与粗波分复用器输入端相连，粗波分复用器输出端一端口与平衡探测器输入端一端口相连，粗波分复用器输出端另一端口与光纤隔离器一端相连；
所述光纤传感模块中的光纤隔离器另一端与第三耦合器两端口一端相连，第三耦合器一端口一端与布拉格光纤光栅一端相连，布拉格光纤光栅另一端与微悬臂梁相连；
所述数据分析模块中的第三耦合器两端口另一端与平衡探测器输入端另一端口相连，平衡探测器输出端与频谱分析仪相连；
所述布拉格光纤光栅传感头采用温度不敏感布拉格光纤光栅，中心波长与信号光波长匹配。
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