[发明专利]基于光电振荡环路的光纤光栅传感解调装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及微波光子技术、光电子技术和光纤传感技术，属于采用微波光 子技术进行光纤光栅传感与解调的技术领域。

背景技术

光纤光栅传感器具有体积小、重量轻、易于实现远距离和分布式测量、以 及防电磁干扰等特性，因此被广泛应用于温度、应力和折射率的远距离测量领 域中。

传统的光纤光栅解调方法常采用光学滤波器解调方法，例如可调谐F-P滤 波法、非平衡M-Z光纤干涉仪法及匹配光栅法等。这些方法或者对光学滤波器 的性能要求较高，成本较高；或者需要较多的光学滤波器，成本较高且结构复 杂，比较难实用化。因此，发展快速解调出光纤光栅波长变化量的方法和低成 本设备具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有光学解调技术的不足，利用光电振荡环路将传 感布拉格光纤光栅随外界传感参量的波长变化量转换成射频信号的频率改变 量，提供一种新型的光纤光栅传感解调方法，从而实现低成本高精度的光纤光 栅波长解调，同时提供了实现该方法的装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于光电振荡环路的光纤光栅传感解调装置，包括由电光调制器、第一三 端口光环行器、光纤放大器、光电探测器、射频放大器、射频滤波器以及3dB 三端口射频功分器依次相连构成的光电振荡环路，宽带光源与第二三端口光环 行器的输入端口相连，所述第二三端口光环行器的输出端口与所述电光调制器 的输入端口相连，所述第二三端口光环行器的第二端口与一传感布拉格光纤光 栅相连，所述第一三端口光环行器的第二端口与一啁啾布拉格光纤光栅相连， 所述3dB三端口射频功分器的一输出端口与所述电光调制器的电驱动端口相 连，所述3dB三端口射频功分器的另一输出端口与一射频频率计相连。

采用上述基于光电振荡环路的光纤光栅传感解调装置进行光纤光栅解调的 方法，包括以下步骤：

1)所述宽带光源发射的光经所述第二三端口光环行器到达所述传感布拉格 光纤光栅，经传感布拉格光纤光栅反射的光再经第二三端口光环行器到达所述 电光调制器，由电光调制器输出的光信号经第一三端口光环行器的输入端口到 达啁啾布拉格光纤光栅反射，经该第一三端口光环行器的输出端口到达所述光 纤放大器放大后，进入所述光电探测器进行光电转换，得到的电信号通过射频 放大器的放大、射频滤波器的滤波，经3dB三端口射频功分器到达电光调制器 的电驱动端口，由电光调制器进行电光转换，如此往复形成光电振荡环路，在 3dB三端口射频功分器的输出端口得到一定频率的射频信号输出，其频率为

f＝kc/nL(1)

其中n为光纤折射率，c为真空中的光速，L为光电振荡环路长度，k为整 数，k值大小由射频滤波器频率大小决定，输出射频信号频率由射频滤波器频率 决定；射频滤波器带宽一方面要小于振荡谐波的自由频谱范围f＝c/nL，另一方 面决定了该传感解调系统的测量范围；

2)当外界传感参量变化时，光电振荡环路中所述传感布拉格光纤光栅的反 射峰波长会随之发生改变，其改变量为Δλ，则其对应在所述啁啾布拉格光纤光 栅中的反射位置会发生变化，其变化量可以表示为Δz＝Δλ/D，其中D为啁啾布 拉格光纤光栅的啁啾率，此时，输出射频信号频率变化为

f'＝kc/n(L+Δz)(2)

3)采用射频频率计测量输出信号频率，则可根据(1)(2)两式得到光在 啁啾布拉格光纤光栅反射位置的变化Δz，继而由Δλ＝Δz/D得到传感布拉格光纤 光栅的波长变化量，从而对传感参量进行解调。

采用上述技术方案后，本发明与背景技术相比，具有如下优点：

本发明利用了光电振荡环路频率特性和啁啾光纤光栅的色散特性，通过测 量由于传感布拉格光纤光栅波长变化引起的光电振荡环路输出射频信号频率改 变量，来进行布拉格光纤光栅传感与解调，本发明相对于其他传统测量方案， 具备带宽大、防电磁干扰、适于高精度、低成本和小型化等突出优势，大大降 低了测量的成本和复杂度。本发明是一种新型的采用微波光子技术实现的布拉 格光纤光栅传感解调方法，非常适合于低成本高精度传感解调。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

具体实施方式