CN208984093U - 窄线宽光纤布拉格光栅测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了两种窄线宽光纤布拉格光栅测量装置，其中一种窄线宽光纤布拉格光栅测量装置由激光器、隔离器、衰减器、相位调制器、光纤布拉格光栅、单光子探测器、混频器、低通滤波器、示波器、压控振荡器、加法器、双通道信号源、信号发生器组成；消除了激光光热效应引起的布拉格波长漂移，可以在单光子强度下基于窄线宽光纤布拉格光栅对应力、温度等不同物理量进行测量。另一种窄线宽光纤布拉格光栅测量装置由激光器、隔离器、衰减器、相位调制器、光纤布拉格光栅、光电探测器、低噪声放大器、示波器、压控振荡器、信号发生器组成；降低了激光光热效应引起的布拉格波长漂移，可以在弱光强度下基于窄线宽光纤布拉格光栅对应力、温度等不同物理量进行测量。

Description

窄线宽光纤布拉格光栅测量装置

技术领域

本实用新型涉及光学传感检测技术领域，具体是一种窄线宽光纤布拉格光栅测量装置。

背景技术

光纤布拉格光栅具有体积小、抗电磁干扰、分布式测量等特点，可用于测量应力、温度等物理量。在光纤布拉格光栅中引入π相位突变，即可形成65MHz窄线宽透射峰，因此这种光纤布拉格光栅的测量分辨率非常高。通过扫描激光频率采集光纤布拉格光栅的布拉格波长移动量，即可实现物理参数的测量。但是，当激光器不能频率调谐时，测量实验无法进行。而且，输入激光引起的光热效应会对布拉格波长的稳定性造成影响。通常，1毫瓦激光引起的频率漂移大约在150MHz左右，与光纤布拉格光栅的线宽可比拟，激光光热效应严重降低了光纤布拉格光栅的测量精确度。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本实用新型提供了第一种方案，即一种在单光子强度下利用窄线宽光纤布拉格光栅进行测量的装置。

方案Ⅰ是采用如下技术方案实现的：

一种窄线宽光纤布拉格光栅测量装置，包括激光器，隔离器，衰减器，相位调制器，光纤布拉格光栅，单光子探测器，混频器，低通滤波器，示波器，压控振荡器，加法器，双通道信号源，信号发生器。

所述激光器输出连续激光依次经过隔离器、衰减器、相位调制器后进入光纤布拉格光栅，之后透射输出至单光子探测器，所述单光子探测器输出端口与混频器的第一输入端口连接，所述混频器的输出端口与低通滤波器的输入端口连接，所述低通滤波器的输出端口与示波器的输入端口连接。

所述相位调制器的调制端口与压控振荡器的输出端口连接，所述压控振荡器的调制端口与加法器的输出端口连接，所述加法器的第一输入端口与双通道信号源的第一输出端口连接，所述双通道信号源的第二输出端口与混频器的第二输入端口连接，所述信号发生器的第一输出端口与加法器的第二输入端口连接、其第二输出端口与示波器连接。

工作时，激光器输出激光信号经过隔离器后进入衰减器，使出射光强度维持在单光子量级，单光子信号进入相位调制器产生对应的单光子边带，之后单光子信号进入光纤布拉格光栅后透射输出。双通道信号源输出的高频射频信号通过加法器后，输入到压控振荡器的调制端口，信号发生器输出扫频信号通过所述加法器后也加载到所述压控振荡器的调制端口，调节扫频电压，使右边带能够透过所述光纤布拉格光栅，则经过所述光纤布拉格光栅透射输出的单光子信号携带调制信息，由单光子探测器检测透射强度，并输出数字脉冲信号进入混频器的一端口。所述双通道信号源输出的另一路同频射频信号加载到所述混频器的另一端口进行同频解调，所述混频器输出信号进入低通滤波器滤波，所述信号发生器输出的同步信号用于触发示波器以便获得稳定的信号，调节双通道信号源输出射频信号的相位，由示波器采集误差信号。

该装置结构合理、使用方便，有效解决了激光器不能频率调谐时利用窄线宽光纤布拉格光栅进行测量的问题，有效消除了激光光热效应引起的布拉格波长漂移，可以在单光子强度下基于窄线宽光纤布拉格光栅对应力、温度等不同物理量进行测量，提高了测量精确度。

本实用新型提供了第二种方案，即一种在弱光强度下利用窄线宽光纤布拉格光栅进行测量的装置。

方案Ⅱ是采用如下技术方案实现的：

一种窄线宽光纤布拉格光栅测量装置，包括激光器，隔离器，衰减器，相位调制器，光纤布拉格光栅，光电探测器，低噪声放大器，示波器，压控振荡器，信号发生器。

所述激光器输出连续激光依次经过隔离器、衰减器、相位调制器后进入光纤布拉格光栅，之后透射输出至光电探测器，所述光电探测器输出端口与低噪声放大器的输入端口连接，所述低噪声放大器的输出端口与示波器的输入端口连接。

所述相位调制器的调制端口与压控振荡器的输出端口连接，所述信号发生器的第一输出端口与压控振荡器的调制端口连接、其第二输出端口与示波器连接。

工作时，激光器输出激光信号经过隔离器后进入衰减器，使出射光强度维持在弱光量级（<0.1mW），光信号进入相位调制器产生对应的边带，之后光信号进入光纤布拉格光栅后透射输出。信号发生器输出扫频信号加载到压控振荡器的调制端口，调节扫频电压，使右边带能够透过光纤布拉格光栅，光电探测器检测透射强度后，经过放大器放大电信号由示波器采集光纤布拉格光栅的透射信号，所述信号发生器输出同步信号用于触发示波器以便获得稳定的信号。

该装置结构合理、使用方便，有效解决了激光器不能频率调谐时利用窄线宽光纤布拉格光栅进行测量的问题，有效降低了激光光热效应引起的布拉格波长漂移，可以在弱光强度下基于窄线宽光纤布拉格光栅对应力、温度等不同物理量进行测量，提高了测量精确度。

本实用新型设计合理、装置结构简单、使用方便，具有很好的实际使用及应用价值。

附图说明

图1表示本实用新型中实施例1的结构示意图。

图2表示本实用新型中实施例2的结构示意图。

图中：1-激光器，2-隔离器，3-衰减器，4-相位调制器，5-光纤布拉格光栅，6-单光子探测器，7-混频器，8-低通滤波器，9-示波器，10-压控振荡器，11-加法器，12-双通道信号源，13-信号发生器，14-光电探测器，15-低噪声放大器。

图中虚线表示光信号，实线表示电信号。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细说明。

实施例1

一种窄线宽光纤布拉格光栅测量装置，包括激光器1，隔离器2，衰减器3，相位调制器4，光纤布拉格光栅5，单光子探测器6，混频器7，低通滤波器8，示波器9，压控振荡器10，加法器11，双通道信号源12，信号发生器13。

如图1所示，激光器1输出连续激光依次经过隔离器2、衰减器3、相位调制器4后进入光纤布拉格光栅5，之后透射输出至单光子探测器6，单光子探测器6输出端口与混频器7的第一输入端口连接，混频器7的输出端口与低通滤波器8的输入端口连接，低通滤波器8的输出端口与示波器9的输入端口连接。

如图1所示，相位调制器4的调制端口与压控振荡器10的输出端口连接，压控振荡器10的调制端口与加法器11的输出端口连接，加法器11的第一输入端口与双通道信号源12的第一输出端口连接，双通道信号源12的第二输出端口与混频器7的第二输入端口连接，信号发生器13的第一输出端口与加法器11的第二输入端口连接、其第二输出端口与示波器9连接。

其中，激光器1、隔离器2、衰减器3、相位调制器4、光纤布拉格光栅5、单光子探测器6之间用保偏光纤连接。单光子探测器6、混频器7、低通滤波器8、示波器9、压控振荡器10、加法器11、双通道信号源12、信号发生器13之间则用电线连接。通过在示波器9检测误差信号的零点位置移动即可测量温度、应力等物理量。

具体工作时，激光器1输出连续激光，经过隔离器2防止激光反射进入激光器，输出光经过衰减器3衰减至单光子量级，单光子信号进入相位调制器4调制产生对应的边带信号，边带信号与主峰的频率间隔由压控振荡器10调节。输出光进入光纤布拉格光栅5透射输出至单光子探测器6，单光子探测器6探测透射强度。双通道信号源12输出高频正弦波调制信号通过加法器11加载到压控振荡器10的调制端口，用于快速调制边带频率，避免低频噪声的干扰。信号发生器13输出低频锯齿波信号通过加法器11也加载到压控振荡器10的调制端口，用于扫描单光子边带信号。选择合适的扫描范围，使右边带信号与光纤布拉格光栅5共振，则经过光纤布拉格光栅5透射输出的单光子信号携带调制信息，单光子信号经过单光子探测器6探测后转化为数字脉冲进入混频器7的一号端口。同时，双通道信号源12输出另一路相同频率的调制信号进入混频器7的二号端口，混频器7输出信号经过低通滤波器8滤除高频信号，输出误差信号由示波器9采集。

调节调制信号的相位，使误差信号的信噪比最大，此时误差信号的中心零点对应光纤布拉格光栅5的透射峰中心位置，如果温度、应力等物理量发生变化，那么布拉格波长则会发生变化，相应误差信号的零点位置会发生移动，通过激光器1的扫频范围即可标定布拉格波长的大小，从而实现温度、应力等物理量的测量。

本实施例所述装置解决了激光器不能频率调谐时利用窄线宽光纤布拉格光栅进行测量的问题，消除了激光光热效应引起的布拉格波长漂移，可以在单光子强度下基于窄线宽光纤布拉格光栅对应力、温度等不同物理量进行测量，提高了测量精确度。

实施例2

一种窄线宽光纤布拉格光栅测量装置，包括激光器1，隔离器2，衰减器3，相位调制器4，光纤布拉格光栅5，光电探测器14，低噪声放大器15，示波器9，压控振荡器10，信号发生器13。

如图2所示，激光器1输出连续激光依次经过隔离器2、衰减器3、相位调制器4后进入光纤布拉格光栅5，之后透射输出至光电探测器14，光电探测器14输出端口与低噪声放大器15的输入端口连接，低噪声放大器15的输出端口与示波器9的输入端口连接。

如图2所示，相位调制器4的调制端口与压控振荡器10的输出端口连接，信号发生器13的第一输出端口与压控振荡器10的调制端口连接、其第二输出端口与示波器9连接。

其中，激光器1、隔离器2、衰减器3、相位调制器4、光纤布拉格光栅5、光电探测器14之间用保偏光纤连接。光电探测器14、低噪声放大器15、示波器9、压控振荡器10、信号发生器13之间则用电线连接。通过在示波器9检测透射峰位置移动即可测量温度、应力等物理量。

具体工作时，激光器1输出连续激光，经过隔离器2防止激光反射进入激光器，输出光经过衰减器3衰减至弱光量级，光信号进入相位调制器4调制产生对应的边带信号，边带信号与主峰的频率间隔由压控振荡器10调节。信号发生器13输出低频锯齿波信号加载到压控振荡器10的调制端口，用于扫描边带信号，选择合适的扫描范围，使右边带信号与光纤布拉格光栅5共振。输出光进入光纤布拉格光栅5透射输出，光电探测器14探测透射峰信号，透射峰信号经过低噪声放大器15处理后由示波器9采集。

如果温度、应力等物理量发生变化，那么布拉格波长则会发生变化，相应透射峰位置会发生移动，通过激光器1的扫频范围即可标定布拉格波长的大小，从而实现温度、应力等物理量的测量。

本实施例所述装置解决了激光器不能频率调谐时利用窄线宽光纤布拉格光栅进行测量的问题，降低了激光光热效应引起的布拉格波长漂移，可以在弱光强度下基于窄线宽光纤布拉格光栅对应力、温度等不同物理量进行测量，提高了测量精确度。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照本实用新型实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型的技术方案的精神和范围，其均应涵盖本实用新型的权利要求保护范围中。

Claims (2)

1.一种窄线宽光纤布拉格光栅测量装置，其特征在于：包括激光器（1），隔离器（2），衰减器（3），相位调制器（4），光纤布拉格光栅（5），单光子探测器（6），混频器（7），低通滤波器（8），示波器（9），压控振荡器（10），加法器（11），双通道信号源（12），信号发生器（13）；

所述激光器（1）输出连续激光依次经过隔离器（2）、衰减器（3）、相位调制器（4）后进入光纤布拉格光栅（5），之后透射输出至单光子探测器（6），所述单光子探测器（6）输出端口与混频器（7）的第一输入端口连接，所述混频器（7）的输出端口与低通滤波器（8）的输入端口连接，所述低通滤波器（8）的输出端口与示波器（9）的输入端口连接；

所述相位调制器（4）的调制端口与压控振荡器（10）的输出端口连接，所述压控振荡器（10）的调制端口与加法器（11）的输出端口连接，所述加法器（11）的第一输入端口与双通道信号源（12）的第一输出端口连接，所述双通道信号源（12）的第二输出端口与混频器（7）的第二输入端口连接，所述信号发生器（13）的第一输出端口与加法器（11）的第二输入端口连接、其第二输出端口与示波器（9）连接。

2.一种窄线宽光纤布拉格光栅测量装置，其特征在于：包括激光器（1），隔离器（2），衰减器（3），相位调制器（4），光纤布拉格光栅（5），光电探测器（14），低噪声放大器（15），示波器（9），压控振荡器（10），信号发生器（13）；

所述激光器（1）输出连续激光依次经过隔离器（2）、衰减器（3）、相位调制器（4）后进入光纤布拉格光栅（5），之后透射输出至光电探测器（14），所述光电探测器（14）输出端口与低噪声放大器（15）的输入端口连接，所述低噪声放大器（15）的输出端口与示波器（9）的输入端口连接；

所述相位调制器（4）的调制端口与压控振荡器（10）的输出端口连接，所述信号发生器（13）的第一输出端口与压控振荡器（10）的调制端口连接、其第二输出端口与示波器（9）连接。