CN219416228U - 一种光纤布拉格光栅阵列二维解调系统 - Google Patents
一种光纤布拉格光栅阵列二维解调系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及光栅阵列解调系统，尤其涉及光纤布拉格光栅阵列二维解调系统，包括宽带光源、脉冲光调制器件、环形器、光纤布拉格光栅阵列、脉冲光选择器件、光纤衍射光栅和阵列探测器，宽带光源与脉冲光调制器件连接，脉冲光调制器件将宽带光源发出连续光调制为脉冲光，脉冲光调制器件输出的脉冲光信号通过环形器耦合进布光纤布拉格光栅阵列，脉冲光信号经过光纤布拉格光栅阵列反射后生成脉冲光序列，环形器的另一个端口连接脉冲光选择器件，脉冲光选择器件对光脉冲序列进行脉冲选择切换，脉冲光选择器件与光纤衍射光栅连接，光纤衍射光栅将脉冲光选择器件输出脉冲光衍射并聚焦到阵列探测器上，本实用新型结构紧凑、成本低。
Description
技术领域
本实用新型涉及光栅阵列解调系统，尤其涉及光纤布拉格光栅阵列二维解调系统。
背景技术
随着光纤工艺技术和光信号处理技术的快速发展，光纤光栅传感器作为一种重要的传感与检测手段已被广泛应用于多个领域，在环境监测、土木工程、航空航天等领域有着越来越多的应用需求，在这些大范围的监测领域中，对光纤光栅传感器的复用容量和解调系统的成本要求越来越高，如何在降低成本的同时保证光栅的复用容量，是目前光纤光栅传感领域急需解决的问题。基于时分复用和波分复用的FBG传感网络能实现多达数千个的传感复用容量，是目前大规模监测中常用的技术手段。然后，目前常见的波分复用技术，如可调谐激光器、可调谐滤波器和WDM等，具有结构复杂和成本昂贵的缺点，限制了其应用性。
现有专利公开了一种超大容量时分波分光纤光栅传感系统及其查询方法，由宽带光源、调制模块、环形器、布拉格光纤光栅传感阵列、取样模块、波长解调仪和数据处理计算机组成，通过采用时分复用和波分复用相结合的技术可以在一根光纤上实现几万个光栅的解调。该系统采用波长解调仪作为波长解调手段，其结构复杂，成本昂贵，难以大规模的应用生产。
发明内容
本实用新型提供了一种光纤布拉格光栅阵列二维解调系统，解决了现有解调系统结构复杂和成本昂贵的问题。
本实用新型采用了如下技术方案：一种光纤布拉格光栅阵列二维解调系统，包括宽带光源、脉冲光调制器件、环形器、光纤布拉格光栅阵列、脉冲光选择器件、光纤衍射光栅和阵列探测器 ，所述宽带光源与所述脉冲光调制器件连接，脉冲光调制器件将宽带光源发出连续光调制为脉冲光，脉冲光调制器件输出的脉冲光信号通过环形器耦合进布光纤布拉格光栅阵列，脉冲光信号经过光纤布拉格光栅阵列反射后生成脉冲光序列，所述环形器的另一个端口连接脉冲光选择器件，脉冲光选择器件对光脉冲序列进行脉冲选择切换，所述脉冲光选择器件与光纤衍射光栅连接，所述光纤衍射光栅将脉冲光选择器件输出脉冲光衍射并聚焦到阵列探测器上。
进一步地，所述脉冲光调制器件与所述脉冲光选择器件均包括半导体光放大器。
进一步地，还包括处理器，所述处理器分别与所述脉冲光调制器件、脉冲光选择器件和阵列探测器 连接，所述处理器能够控制所述脉冲光调制器件调制脉冲光、控制所述脉冲光选择器件对光脉冲序列进行脉冲选择切换并能够对所述阵列探测器 接收的光信号强度进行数据处理。
进一步地，所述光纤布拉格光栅阵列根据距离划分为N个时域，每个时域包含M个波长的光栅。
进一步地，所述宽带光源、脉冲光调制器件、环形器、光纤布拉格光栅阵列、脉冲光选择器件和光纤衍射光栅之间均通过单模光纤进行连接。
进一步地，所述光纤衍射光栅为曲率半径为R的弧状结构，所述阵列探测器与所述光纤衍射光栅的距离为R。
本实用新型的有益效果：本实用新型采用自聚焦的光纤衍射光栅配合探测器阵列，不同波长的光与阵列探测器上的像素点一一对应，实现光栅阵列的波长解调，本实用新型具有结构紧凑、成本低的优势。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型光纤布拉格光栅阵列的示意图。
图3是本实用新型得到的单个时域下的解调反射光谱图。
实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的实施例中，图1是根据本实用新型一种光纤布拉格光栅阵列二维解调系统的具体结构提供的结构示意图，如图1所示，本实用新型包括：
宽带光源1、脉冲光调制器件2、环形器3、光纤布拉格光栅阵列8、脉冲光选择器件4、光纤衍射光栅5和阵列探测器6，其中，所述宽带光源1与所述脉冲光调制器件2连接，脉冲光调制器件2将宽带光源1发出连续光调制为脉冲光，脉冲光调制器件2输出的脉冲光信号通过环形器3耦合进布光纤布拉格光栅阵列8，脉冲光信号经过光纤布拉格光栅阵列8反射后生成脉冲光序列，所述环形器3的另一个端口连接脉冲光选择器件4，脉冲光选择器件4对光脉冲序列进行脉冲选择切换，所述脉冲光选择器件4与光纤衍射光栅5连接，所述光纤衍射光栅5将脉冲光选择器件4输出脉冲光衍射并聚焦到阵列探测器6上。
其中，所述宽带光源1、脉冲光调制器件2、环形器3、光纤布拉格光栅阵列8、脉冲光选择器件4和光纤衍射光栅5之间均通过单模光纤进行连接，光信号在普通单模光纤中进行传输。
宽带光源1发出宽度连续光，由脉冲光调制器件2调制成宽带的脉冲光，脉冲光经过环形器3经过光纤布拉格光栅阵列8反射后变为脉冲光序列，之后脉冲光序列又反向经过环形器3到达脉冲光选择器件4，由脉冲光选择器件4进行脉冲选择切换，经过选择后的光脉冲由自聚焦的光纤衍射光栅5衍射并聚焦到阵列探测器6上，不同波长的光与阵列探测器6上的像素点一一对应，实现波长解调。其中，所述脉冲光调制器件2与所述脉冲光选择器件4均可采用半导体光放大器。
所述光纤衍射光栅5为曲率半径为R的弧状结构，光纤衍射光栅5朝向所述阵列探测器6且所述阵列探测器6与所述光纤衍射光栅5的距离为R。上述自聚焦的光纤衍射光栅5和阵列探测器6同时用于对单个时域的波长进行解调，自聚焦的光纤衍射光栅5在空间上弯曲成具有曲率半径为R的弧状，将光纤内传输的光衍射到自由空间中，由于其弧状结构，不同位置处同一波长的衍射光会在距离光纤衍射光栅5为R的地方汇聚成一点，阵列探测器6固定于该位置，即到自聚焦光纤衍射光栅5的距离为R，不同波长的光与阵列探测器6上的像素点一一对应，通过对每个像素点接收到的光强度进行数据处理，即可对信号光的波长进行解调。其中，数据处理具体可以采用光谱预处理方法进行，光谱预处理方法的具体步骤为本领域技术人员所熟知，故在此不再赘述。其中，波长解调分辨率由自聚焦光纤衍射光栅5到阵列探测器6的距离R决定，距离越大，波长解调分辨率越高。
在本实用新型的一个实施例中，本实用新型还包括处理器7，所述处理器7分别与所述脉冲光调制器件2、脉冲光选择器件4和阵列探测器6连接，所述处理器7能够控制所述脉冲光调制器件2调制脉冲光、控制所述脉冲光选择器件4对光脉冲序列进行脉冲选择切换并能够对所述阵列探测器6接收的光信号强度进行数据处理，其中，处理器具体可以采用上位机，可以是电脑。
其中，如图2所示，所述光纤布拉格光栅阵列8根据距离划分为N个时域，分别编号为T1,T2…,TN，代表N个时分数目，每个时域包含M个波长的光栅，分别编号为λ1,λ2…,λM，代表M个波分数目，系统的总复用容量为M×N。光脉冲在经过每个时域后会产生一个反向传输的脉冲，总共产生N个脉冲，脉冲光选择器件4对N个脉冲进行切换选择，每次切换后等待阵列探测器6上的信号处理完毕后，得到该时域下的波长信号，之后再切换到下一个脉冲，继续进行波长解调，总共切换N次。
每次解调开始时，由处理器同时对脉冲光调制器件2、脉冲光选择器件4和阵列探测器6进行控制，并对阵列探测器6接收到的光信号进行处理。处理器7对脉冲光调制器件2的半导体光放大器和脉冲光选择器件4的半导体光放大器同时进行脉冲调制，两次脉冲调制的时间差由经过光纤布拉格光栅阵列8反射后的脉冲光序列的时间间隔决定，对于N个时域的解调，总共需要对两个导体光放大器同时进行N次脉冲调制，每次脉冲调制结束后，对阵列探测器6进行采集控制和信号处理，得到图3所示的单个时域下的解调反射光谱图，总共进行N次，得到N个解调反射光谱图。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种光纤布拉格光栅阵列二维解调系统，其特征在于，包括宽带光源（1）、脉冲光调制器件（2）、环形器（3）、光纤布拉格光栅阵列（8）、脉冲光选择器件（4）、光纤衍射光栅（5）和阵列探测器（6），所述宽带光源（1）与所述脉冲光调制器件（2）连接，脉冲光调制器件（2）将宽带光源（1）发出连续光调制为脉冲光，脉冲光调制器件（2）输出的脉冲光信号通过环形器（3）耦合进布光纤布拉格光栅阵列（8），脉冲光信号经过光纤布拉格光栅阵列（8）反射后生成脉冲光序列，所述环形器（3）的另一个端口连接脉冲光选择器件（4），脉冲光选择器件（4）对光脉冲序列进行脉冲选择切换，所述脉冲光选择器件（4）与光纤衍射光栅（5）连接，所述光纤衍射光栅（5）将脉冲光选择器件（4）输出脉冲光衍射并聚焦到阵列探测器（6）上。
2.如权利要求1所述的光纤布拉格光栅阵列二维解调系统，其特征在于，所述脉冲光调制器件（2）与所述脉冲光选择器件（4）均包括半导体光放大器。
3.如权利要求1所述的光纤布拉格光栅阵列二维解调系统，其特征在于，还包括处理器（7），所述处理器（7）分别与所述脉冲光调制器件（2）、脉冲光选择器件（4）和阵列探测器（6）连接，所述处理器（7）能够控制所述脉冲光调制器件（2）调制脉冲光、控制所述脉冲光选择器件（4）对光脉冲序列进行脉冲选择切换并能够对所述阵列探测器（6）接收的光信号强度进行数据处理。
4.如权利要求1所述的光纤布拉格光栅阵列二维解调系统，其特征在于，所述光纤布拉格光栅阵列（8）根据距离划分为N个时域，每个时域包含M个波长的光栅。
5.如权利要求1所述的光纤布拉格光栅阵列二维解调系统，其特征在于，所述宽带光源（1）、脉冲光调制器件（2）、环形器（3）、光纤布拉格光栅阵列（8）、脉冲光选择器件（4）和光纤衍射光栅（5）之间均通过单模光纤进行连接。
6.如权利要求1所述的光纤布拉格光栅阵列二维解调系统，其特征在于，所述光纤衍射光栅（5）为曲率半径为R的弧状结构，所述阵列探测器（6）与所述光纤衍射光栅（5）的距离为R。
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