[发明专利]单光栅光纤多纵模激光直腔传感器频分复用装置

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感测量技术领域，它涉及动态物理量监测、多位置实时监测的分布式传感领域。

背景技术

普通的光纤光栅虽然用途广泛，但是由于普通光栅的带宽比较宽，传感器的灵敏度很难达到高精度的要求。一些地质勘探、地震预报、水声测量和安全监测等具有重要价值的领域很难得到应用，尤其是在需要高精度检测的国防领域中。另外由于普通光纤光栅传感器的光源基本上使用宽带光源，光纤光栅的反射功率低，在传输中还存在瑞利散射引起的光噪声和传输损耗，使得该类型的无源光纤光栅传感器最大监测距离小于25km。限制了分布传感器在长距离监测应用。为解决这一问题，人们提出了光纤光栅激光传感技术，它利用将光纤光栅作为分布反馈激光器腔镜，将其写在有源稀有金属掺杂光纤上，通过泵浦激光产生单频、窄线宽、高功率、低噪声的激光型光纤传感器，实现激光的输出与传感一体化的传感方式。解决现有无源光纤光栅传感器测量精度和噪声低的问题。

目前在光纤激光传感器应用方面，很少有提高其复用数目，增加对泵浦光源利用率的研究，这使得光纤激光传感器虽然在强电磁、水下、高温高压、强腐蚀等场合拥有优势，但是限于其技术性价比不足问题，难以实现商业化应用。因此急需提出一套低成本的解调方案，实现光纤激光传感器的广泛应用。多纵模激光传感器由于其拥有有源光纤激光传感器的优势，并且具有制作简单，运行条件易于实现的技术优势，在传感监测中精度高和性能稳定，这些优势使其成为广泛关注和研究对象。利用多纵模光纤激光传感器的优良性能，结合动态拍频解调技术可实现低成本、结构简单、具有动态解调能力的高性能传感器。

期刊optics communication在2013年刊登了“Simultaneous measurement of strain and temperature with a multi-longitudinal mode erbium-doped fiber laser”提出利用多纵模掺铒光纤激光传感器进行应力和温度的同时测量。利用多纵模光纤激光传感器对温度和腔长变化的交叉敏感，实现对温度和应变同时测量。公开号为CN102003970的中国专利“光纤激光器动态信号解调方法”提出电子拍频解调方式实现模式间产生拍频信号的解调，实现传感信号的动态解调能力。公开号为CN102636203的中国专利“一种基于双波长拍频技术的光纤光栅传感解调装置”提出一种基于双波长拍频技术的光纤传感解调装置，利用光栅制作的法布里-珀罗腔，结合可调谐带通滤波器，实现单纵模或多纵模环腔激光传感器的解调，克服现有基于拍频技术的传感器的需要在单纵模的条件解调的限制。公开号为CN102706375的中国专利“光纤-无线混合式传感监测系统”提出结合环形腔多纵模光纤激光传感器和无线传感技术的混合式传感单点检测系统。

传统光纤激光传感器由于利用两个参数一致的光栅作为光纤激光器腔镜，其中存在相位匹配噪声干扰，影响传感器测量精度，为了进一步的提高传感器的性能，提出改进型多纵模激光直腔传感器。改进型多纵模激光直腔传感器是由光纤光栅、掺铒光纤和反射腔镜连接构成，这种传感器拥有更低泵浦阈值，结构更加精简，更高的信噪比，可以实现高频的频率输出，有利于与电子类传感器相结合。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有多参数测量中需要多个多纵模激光传感器，而每一个多纵模激光传感器对应需要一个光源及解调光路所产生的成本高和资源浪费的问题，提供一种单光栅光纤多纵模激光直腔传感器频分复用装置。

单光栅光纤多纵模激光直腔传感器频分复用装置，它包括泵浦光源、光纤隔离器、波分复用器、光电探测器、检测单元、M个光纤耦合器和M个单光栅光纤多纵模激光直腔传感器，M为大于1的整数，泵浦光源、光纤隔离器、波分复用器依次串接在光路中，波分复用器泵浦光输出端依次串接M个光纤耦合器，一个光纤耦合器的输出端对应与一个单光栅光纤多纵模激光直腔传感器连通，单光栅光纤多纵模激光直腔传感器包括光纤光栅、掺铒光纤和反射镜，光纤光栅、掺铒光纤和反射镜依次串接在光路中，波分复用器的传感信号的输出端与光电探测器的传感信号的输入端连通,光电探测器的检测信号的输出端与检测单元的检测信号的输入端连通。