[发明专利]一种三波光纤激光自混合干涉测量系统

摘要

本发明公开了一种三波光纤激光自混合干涉测量系统，属于光学测量技术领域。所述系统由泵浦光源，五个光纤耦合器，三个波分复用器，三段掺铒光纤，七个光纤环行器，七个光纤光栅，一个FC/PC接头，三个探测器，二个移频器，一个出射头，二个驱动电源，一个混频器，信号处理电路1，信号处理电路2，信号处理电路3，信号处理电路4，信号处理电路5，计算机和输出结果组成。光纤及光纤器件构成三个激光谐振腔，三段掺铒光纤分别为三个激光谐振腔增益介质，光纤光栅为波长选择元件，构成三波长激光器。三波长激光经移频后,被参考物或被测物反射回各自的激光谐振腔与腔内的光产生外差自混合干涉信号。对此信号进行处理，实现对各参量测量。

主权项

1.一种三波光纤激光自混合干涉测量系统，其特征在于是由980nm泵浦光源(S)，五个光纤耦合器N1、N2、N3、N4、N5，三个波分复用器WDM1、WDM2、WDM3，三段掺铒光纤EDF1、EDF2、EDF3，七个光纤环行器C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7，七个光纤光栅FBG11、FBG21、FBG31、FBG12、FBG22、FBG32、FBG13，一个FC/PC接头，三个探测器PD1、PD2、PD3，二个移频器AOM1、AOM2，一个出射头G，二个驱动电源RF1、RF2，信号处理电路1(B1)，信号处理电路2(B2)，信号处理电路3(B3)，信号处理电路4(B4)，信号处理电路5(B5)，计算机(B6)和输出结果(B7)组成；光纤光栅FBG11、光纤光栅FBG12、以及光纤光栅FBG13的布拉格波长相同，光纤光栅FBG21和光纤光栅FBG22的布拉格波长相同，光纤光栅FBG31和光纤光栅FBG32的布拉格波长相同；FC/PC接头的一个端面镀了1550nm波段的部分反射膜；980nm泵浦光源(S)发出的光经过光纤耦合器N1被分为三路光，第一路光经过波分复用器WDM1耦合进第一个光纤激光谐振腔，980nm的光经过掺铒光纤EDF1激励掺铒光纤EDF1产生1550nm波段荧光，此荧光经过光纤环行器C1后到达光纤光栅FBG11，满足光纤光栅FBG11布拉格条件的波长的光被光纤光栅FBG11反射，反射光再次经过光纤环行器C1,经过光纤耦合器N2，光纤环行器C7，到达FC/PC接头，一部分光强被FC/PC接头反射回光纤激光谐振腔，另一部分光强透射；被反射回光纤激光谐振腔的光再次经过光纤环行器C7，经过光纤环行器C6，透过光纤光栅FBG32，经过光纤环行器C5，透过光纤光栅FBG22，经过光纤环行器C4，到达光纤光栅FBG12；由于光纤光栅FBG12和光纤光栅FBG11的布拉格波长相同，所以到达光纤光栅FBG12的光被光纤光栅FBG12反射；被光纤光栅FBG12反射的光再次经过光纤环行器C4，经过光纤耦合器N3，波分复用器WDM1，到达掺铒光纤EDF1，光强被掺铒光纤EDF1放大，经过光纤环行器C1后到达光纤光栅FBG11，又被光纤光栅FBG11反射，再次经过光纤环行器C1，经过光纤耦合器N2，光纤环行器C7后，到达FC/PC接头，一部分光强被FC/PC接头反射回光纤激光谐振腔，另一部分光强透射；如此循环往复，满足光纤激光谐振腔谐振条件且在光纤光栅FBG11反射谱内的波长产生谐振，当增益大于损耗时产生激光，由FC/PC接头输出，输出的激光频率为f01；激光经过二个移频器AOM1和AOM2后，其频率将产生fY频移，激光频率变为f01+fY,此光到达光纤光栅FBG13，并被光纤光栅FBG13反射，再次经过移频器AOM1和AOM2，激光频率变为f01+2fY，此频率的光经过FC/PC接头，与光纤激光谐振腔的光相遇，产生频率为2fY外差自混合干涉信号；此外差自混合干涉信号经过光纤环行器C7，光纤环行器C6，透过光纤光栅FBG32，经过光纤环行器C5，透过光纤光栅FBG22，经过光纤环行器C4，到达光纤光栅FBG12并被光纤光栅FBG12反射，再次经过光纤环行器C4，经过光纤耦合器N3后，到达探测器PD1，由探测器PD1探测，探测器PD1探测到的外差自混合干涉信号输入信号处理电路1(B1)进行处理；来自光纤耦合器N1的第二路光经过波分复用器WDM2耦合进第二个光纤激光谐振腔，980nm的光经过掺铒光纤EDF2激励掺铒光纤EDF2产生1550nm波段荧光，此荧光经过光纤环行器C2后到达光纤光栅FBG21，满足光纤光栅FBG21布拉格条件的光被光纤光栅FBG21反射，反射光再次经过光纤环行器C2,经过光纤耦合器N2，光纤环行器C7，到达FC/PC接头，一部分光强被FC/PC接头反射回光纤激光谐振腔，另一部分光强透射；被反射回光纤激光谐振腔的光再次经过光纤环行器C7，经过光纤环行器C6，光纤光栅FBG32，光纤环行器C5，到达光纤光栅FBG22；由于光纤光栅FBG22和光纤光栅FBG21的布拉格波长相同，所以到达光纤光栅FBG22的光被光纤光栅FBG22反射；被光纤光栅FBG22反射的光再次经过光纤环行器C5，经过光纤耦合器N4，波分复用器WDM2，到达掺铒光纤EDF2，光强被掺铒光纤EDF2放大，经过光纤环行器C2后到达光纤光栅FBG21，又被光纤光栅FBG21反射，再次经过光纤环行器C2，经过光纤耦合器N2，光纤环行器C7后，到达FC/PC接头，一部分光强被FC/PC接头反射回光纤激光谐振腔，另一部分光强透射；如此循环往复，满足光纤激光谐振腔谐振条件且在光纤光栅FBG21反射谱内的波长产生谐振，当增益大于损耗时产生激光，由FC/PC接头输出，输出的激光频率为f02；激光经过二个移频器AOM1和AOM2后，其频率将产生fY频移，激光频率变为f02+fY,此光经过出射头G后投射到被测物体上，由被测物体反射或者散射回光纤激光谐振腔；由于被测物体在运动，投射到被测物体上并被反射或者散射的光将产生多普勒频移fD2，所以，被被测物体反射或者散射的光的频率为f02+fY±fD2；此光经过出射头G后，再次经过二个移频器AOM1和AOM2后，激光频率将产生fY频移，激光频率变为f02+2fY±fD2；此频率的光经过FC/PC接头，与光纤激光谐振腔的光相遇，产生频率为2fY±fD2外差自混合干涉信号；此外差自混合干涉信号经过光纤环行器C7，光纤环行器C6，光纤光栅FBG32，光纤环行器C5后，到达光纤光栅FBG22并被光纤光栅FBG22反射，再次经过光纤环行器C5，经过光纤耦合器N4后，到达探测器PD2，由探测器PD2探测；探测器PD2探测到的外差自混合干涉信号输入信号处理电路2(B2)进行处理；来自光纤耦合器N1的第三路光经过波分复用器WDM3耦合进第三个光纤激光谐振腔，980nm的光经过掺铒光纤EDF3激励掺铒光纤EDF3产生1550nm波段荧光，此荧光经过光纤环行器C3后到达光纤光栅FBG31，满足光纤光栅FBG31布拉格条件的光被光纤光栅FBG31反射，反射光再次经过光纤环行器C3,经过光纤耦合器N2，光纤环行器C7，到达FC/PC接头，一部分光强被FC/PC接头反射回光纤激光谐振腔，另一部分光强透射；被反射回光纤激光谐振腔的光再次经过光纤环行器C7，经过光纤环行器C6，到达光纤光栅FBG32；由于光纤光栅FBG32和光纤光栅FBG31的布拉格波长相同，所以到达光纤光栅FBG32的光被光纤光栅FBG32反射；被光纤光栅FBG32反射的光再次经过光纤环行器C6，经过光纤耦合器N5，波分复用器WDM3，到达掺铒光纤EDF3，光强被掺铒光纤EDF3放大，经过光纤环行器C3后到达光纤光栅FBG31，又被光纤光栅FBG31反射，再次经过光纤环行器C3，经过光纤耦合器N2，光纤环行器C7后，到达FC/PC接头，一部分光强被FC/PC接头反射回光纤激光谐振腔，另一部分光强透射；如此循环往复，满足光纤激光谐振腔谐振条件且在光纤光栅FBG31反射谱内的波长产生谐振，当增益大于损耗时产生激光，由FC/PC接头输出，输出的激光频率为f03；激光经过二个移频器AOM1和AOM2后，其频率将产生fY频移，激光频率变为f03+fY,此光经过出射头G后投射到被测物体上，由被测物体反射或者散射回光纤激光谐振腔；由于被测物体在运动，投射到被测物体上并被反射或者散射的光将产生多普勒频移fD3，所以，被被测物体反射或者散射的光的频率为f03+fY±fD3；此光经过出射头G后，再次经过二个移频器AOM1和AOM2，激光频率将产生fY频移，激光频率变为f03+2fY±fD3；此频率的光经过FC/PC接头，与光纤激光谐振腔的光相遇，产生频率为2fY±fD3外差自混合干涉信号；此外差自混合干涉信号经过光纤环行器C7，光纤环行器C6，到达光纤光栅FBG32并被光纤光栅FBG32反射，再次经过光纤环行器C6，经过光纤耦合器N5后，到达探测器PD3，由探测器PD3探测；探测器PD3探测到的外差自混合干涉信号输入信号处理电路3(B3)进行处理；驱动电源RF1和驱动电源RF2发出的信号一方面分别加在移频器AOM1和移频器AOM2上，使移频器AOM1和移频器AOM2工作；另一方面输入混频器混频，混频器的输出信号经过信号处理电路4(B4)处理后，与信号处理电路1(B1)的输出信号、信号处理电路2(B2)的输出信号、以及信号处理电路3(B3)的输出信号同时输入信号处理电路5(B5)进行信号处理，信号处理电路5(B5)的输出信号经过计算机(B6)中的程序作数据处理后，得到测量结果，由输出结果(B7)输出。