RU2226674C1 - Волоконно-оптический автогенератор - Google Patents
Волоконно-оптический автогенератор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2226674C1 RU2226674C1 RU2002121265/28A RU2002121265A RU2226674C1 RU 2226674 C1 RU2226674 C1 RU 2226674C1 RU 2002121265/28 A RU2002121265/28 A RU 2002121265/28A RU 2002121265 A RU2002121265 A RU 2002121265A RU 2226674 C1 RU2226674 C1 RU 2226674C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- self
- laser
- optical
- oscillator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к волоконно-оптическим автоколебательным системам на основе микрорезонаторов и может быть использовано в устройствах для измерения различных физических величин, например, температуры, давления, ускорения и др. Автогенератор содержит один волоконно-оптический лазер и два микрорезонатора с образованием микрорезонаторной структуры, выполненной с возможностью одновременного возбуждения обоих микрорезонаторов от одного лазера и функционирования автогенератора в режиме модуляции интенсивности излучения лазера на разностных частотах автоколебаний двух микрорезонаторов. Обеспечено повышение точности, стабильности и быстродействия автогенератора. 3 ил.
Description
Изобретение относится к волоконно-оптическим автоколебательным системам на основе микрорезонатора и может быть использовано в системах измерения различных физических величин (температуры, давления, ускорения - Т, Р, g и др.).
Известны работы по созданию нового класса волоконно-оптических автогенераторов на основе использования микрорезонатора (МР), автоколлиматора (АК) и оптического когерентного излучения, взаимодействующего с МР. В литературе сообщается о разработках различных схем по оптическому возбуждению колебаний МР и их практической реализации.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности к достигаемому результату является волоконно-оптический автогенератор с оптическим методом возбуждения колебаний МР и частотным съемом информации (см. патент РФ №2163354, опубл. в БИ №5 от 20.02.2001 г.), взятый в качестве ближайшего аналога.
Конструктивно автогенератор представляет собой устройство, содержащее в качестве источника излучения волоконно-оптический лазер (ВОЛ), одномодовый световод, один торец которого через АК сопряжен с МР, а другой - является выходным. При этом отражающая поверхность МР образует с выходным торцом световода двухзеркальный оптический резонатор волоконно-оптического лазера. Кроме того, устройство содержит автоколлиматор, расположенный между световодом и МР. В качестве автоколлиматора применяется участок одномодового кварцевого световода со сферической микролинзой, сформированной на торце этого световода, при этом кварцевый световод с микролинзой из кварцевого стекла соединяют с помощью сварки в электрической дуге.
Непосредственная связь автогенератора с цифровыми устройствами измерения без необходимости преобразования аналог-цифра, большая протяженность канала передачи и высокая точность при контроле измерения резонансной частоты делают этот тип автогенераторов перспективным при его использовании в волоконно-оптических датчиках физических величин.
Недостатком наиболее близкого аналога является следующее. Оптический резонатор ВОЛ, образованный зеркалами M1 и М2, содержит как активный, так и пассивный отрезки световодов. Значительная длина волоконно-оптического тракта (ВОТ), составляющая 10-100 м, обуславливает высокую чувствительность автогенератора к дестабилизирующим факторам, воздействующим на ВОТ.
По существу ВОТ является “антенной”, воспринимающей различные аддитивные источники погрешности: изменение температуры окружающей среды, перепады давления, изгибы световодов и т.д. Это обстоятельство приводит к нестабильности характеристик резонатора ВОЛ, снижает точность измерений и, как следствие, требует принятия специальных мер по стабилизации указанных выше воздействий или разработки способов по их компенсации.
Задача, решаемая данным изобретением, заключается в разработке волоконно-оптического автогенератора на основе ВОЛ, взаимодействующего одновременно с двумя МР через волоконный автоколлиматор и отличающегося от аналога более высокой точностью, стабильностью и быстродействием.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в волоконно-оптическом автогенераторе, включающем источник оптического излучения, выполненный в виде волоконно-оптического лазера, автоколлиматор, микрорезонатор, автогенератор дополнительно снабжен вторым микрорезонатором с образованием микрорезонаторной структуры, выполненной с возможностью одновременного возбуждения обоих микрорезонаторов от одного лазера и функционирования автогенератора в режиме модуляции интенсивности излучения лазера на разностных частотах автоколебаний возбужденных микрорезонаторов.
Суть предлагаемого технического решения заключается в разработке волоконно-оптического автогенератора (BOA), содержащего один ВОЛ и два МР, который при определенных условиях может функционировать в режиме модуляции интенсивности излучения лазера на разностных частотах автоколебаний двух МР.
Данное физическое явление может быть реализовано при выполнении следующих условий.
1. В автогенераторе, работающем в режиме резонанса, между частотой релаксационных колебаний лазера fрел (или его гармоник n = 1,2,3...) и собственной частотой МР f, т.е. при выполнении равенства
f=nfрел,
определенным образом создаются условия, при которых оба МР возбуждаются одновременно от одного лазера.
2. Для одновременного возбуждения двух МР амплитудно-частотные характеристики ВОЛ и МР должны быть близкими или совпадать.
3. Для осуществления максимальной глубины модуляции излучения лазера коэффициенты оптического возбуждения обоих МР должны быть равны или достаточно близки.
В новом BOA лазерное излучение взаимодействует одновременно с двумя МР, выполненными в виде планарных микрорезонаторных структур различной конфигурации. Это могут быть два микромостика на одной подложке, две микроконсоли и т.д.
На фиг.1 представлена схема волоконно-оптического автогенератора по данному изобретению, где 1 - волоконно-оптический лазер, активированный эрбием, накачка которого осуществляется на длине волны λн=0,98 мкм, 2 - одномодовый световод, 3 - волоконный автоколлиматор, выполненный в виде участка одномодового кварцевого световода со сферической микролинзой, сформированной непосредственно на торце световода, 4 - зеркало M1 оптического резонатора, в качестве которого служит граница раздела световод - воздух, 5 - микрорезонаторная структура - многоэлементная планарная структура, выполненная в виде двух микромостиков 6 и 7 на одной подложке (или двух микроконсолей), 8 – второе зеркало М2 оптического резонатора, роль которого выполняют обе отражающие поверхности двух микрорезонаторов 6 и 7, одновременно взаимодействующие с ВОЛ.
Устройство работает следующим образом. Часть мощности оптического излучения, сформированного коллиматором, отражается от отражающей поверхности двух микрорезонаторов, расположенных на одной подложке. При этом оба микрорезонатора ориентированы в исходном положении так, что угол между оптической осью пучка и нормально, общей к отражающим поверхностям обоих микрорезонаторов, составляет заданный угол Θи. Отраженный пучок возвращается обратно в резонатор.
В условиях резонанса между частотой релаксационных колебаний волоконного лазера fрел и собственной частотой двух МР f1, f2 (fрел ≈ 1,2) при непрерывной накачке лазера в системе ВОЛ-МР одновременно возбуждаются автоколебания двух МР 6 и 7, взаимодействующих через активную среду ВОЛ 1.
Вследствие этого взаимодействия на выходе системы ВОЛ - МР формируются гармонические составляющие на разностных частотах ΔF, соответствующих колебаниям двум МР 6 и 7
ΔF=f1-f2.
На фиг.2 и 3 представлены результаты экспериментальных исследований предлагаемого BOA.
На фиг.2 представлена осциллограмма интенсивности излучения лазера BOA. Видны биения сигналов, возникающих при сложении двух гармонических колебаний с близкими частотами, равными собственным частотам МР 6,7 f1, f2
На осциллограмме период следования импульсов Δt =500 мкс. На фиг.3 представлен Фурье-спектр интенсивности излучения лазера на выходе автогенератора.
В эксперименте использовалась планарная микрорезонаторная структура в виде двух микромостиков на одной подложке со следующими геометрическими размерами: длина мостика 1=600 мкм, ширина мостика а=12 мкм, толщина мостика b=6 мкм, зазор между мостиками с=10 мкм, диаметр светового пучка на подложке d=350-400 мкм.
Диапазон разностных частот составляет 1-10 кГц.
Таким образом, в предлагаемом микрорезонаторном BOA, содержащем 2 МР, реализованы условия, при которых осуществляется автомодуляция интенсивности лазерного излучения на разностной частоте двух МР, одновременно возбужденных от одного ВОЛ.
Предложенный новый автогенератор отличается от аналога повышенной точностью (в 3-5 раз) и стабильностью сигнала вследствие устранения аддитивных источников погрешности.
Автогенератор может применяться для создания измерительных устройств с дифференциальной схемой измерений.
Claims (1)
- Волоконно-оптический автогенератор, включающий источник оптического излучения, выполненный в виде волоконно-оптического лазера, автоколлиматор, микрорезонатор, отличающийся тем, что автогенератор дополнительно снабжен вторым микрорезонатором с образованием микрорезонаторной структуры, выполненной с возможностью одновременного возбуждения обоих микрорезонаторов от одного лазера и функционирования автогенератора в режиме модуляции интенсивности излучения лазера на разностных частотах автоколебаний возбужденных микрорезонаторов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002121265/28A RU2226674C1 (ru) | 2002-08-12 | 2002-08-12 | Волоконно-оптический автогенератор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002121265/28A RU2226674C1 (ru) | 2002-08-12 | 2002-08-12 | Волоконно-оптический автогенератор |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002121265A RU2002121265A (ru) | 2004-03-27 |
RU2226674C1 true RU2226674C1 (ru) | 2004-04-10 |
Family
ID=32465293
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002121265/28A RU2226674C1 (ru) | 2002-08-12 | 2002-08-12 | Волоконно-оптический автогенератор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2226674C1 (ru) |
-
2002
- 2002-08-12 RU RU2002121265/28A patent/RU2226674C1/ru not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2002121265A (ru) | 2004-03-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5096858B2 (ja) | 光学式共振器ジャイロスコープ、および共振非対称誤差を低減するための方法 | |
US4772786A (en) | Photothermal oscillator force sensor | |
Arie et al. | Static fiber-Bragg grating strain sensing using frequency-locked lasers | |
US20160313417A1 (en) | Magnetic Field Measuring Apparatus | |
JP5670029B2 (ja) | 高信頼性低損失の中空コアファイバ共振器 | |
KR0173434B1 (ko) | 간섭계형 레이저 센서 | |
US9958252B1 (en) | Intracavity fiber sensors using two orthogonal polarization modes in an optical parametric oscillator cavity coupled to a sensing element | |
WO2006083691A1 (en) | Hollow core fiber optical gyro | |
Giuliani et al. | Angle measurement by injection detection in a laser diode | |
JP2001330669A (ja) | 二重外部共振器つきレーザダイオード式距離・変位計 | |
Zhang et al. | Optical heterodyne microvibration detection based on all-fiber acousto-optic superlattice modulation | |
EP0209721A1 (en) | Laser sensor | |
RU2226674C1 (ru) | Волоконно-оптический автогенератор | |
US5453836A (en) | Fiber optic laser rotation sensor utilizing a fiber loop reflector | |
JP3428067B2 (ja) | 変位測定方法及びそれに用いる変位測定装置 | |
RU2135958C1 (ru) | Волоконно-оптический автогенератор | |
RU2241217C2 (ru) | Многоканальная волоконно-оптическая измерительная система концентрации различных газов | |
RU2135957C1 (ru) | Микрорезонаторный волоконно-оптический преобразователь физических величин | |
RU2142117C1 (ru) | Микрорезонаторный волоконно-оптический датчик угловых перемещений | |
RU2163354C1 (ru) | Волоконно-оптический автогенератор | |
WO2001065217A1 (en) | Acoustic emission detection using a fibre-optic mode-coupling element | |
RU2169904C2 (ru) | Волоконно-оптический автогенератор | |
RU2161783C2 (ru) | Волоконно-оптический датчик температуры на основе микрорезонатора | |
RU2142114C1 (ru) | Микрорезонаторный волоконно-оптический датчик концентрации газов | |
JPH0470563B2 (ru) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040813 |