基於光纖雷射器的彎曲半徑測量儀的製作方法

2023-10-20 04:40:57

專利名稱：基於光纖雷射器的彎曲半徑測量儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種彎曲半徑測量儀。特別是涉及一種利用正交偏振的單縱模光纖雷射器中增益光纖對彎曲敏感的特性，將其中的增益光纖作為傳感基質，可以測量增益光纖的彎曲半徑的基於光纖雷射器的彎曲半徑測量儀。

背景技術：
DBR光纖雷射器由兩個波長匹配的光纖Bragg光柵做腔鏡，單模摻鉺光纖作為增益介質構成線性諧振腔。DBR光纖雷射器要求DBR光纖雷射器工作在單縱模狀態，就必須要求腔長足夠短，從而在雷射器的自由光譜範圍內只有一個縱模存在。由於任何一個縱模都有正交偏振的兩個簡併的偏振態，一旦腔內引起雙折射的變化，兩個偏振態不再簡併，產生拍頻。此拍頻信號可以直接由光電探測器轉化為電信號並由頻譜分析設備測量得到。
根據此DBR雷射器的原理特性，其拍頻除與光纖光柵的波長有關之外，還與增益光纖的雙折射有關。如增益光纖為單模光纖時，它的雙折射主要是由兩種原因引起，光纖芯截面幾何尺寸的偏差與光彈效應產生的機械應力。光纖材料石英有很高的楊氏模量，這決定了光纖製成後幾乎不可能再有形狀的變化。但外來應力可以通過光彈效應引起光纖的感應雙折射。當增益光纖彎曲時，其雙折射率也將發生變化，進而引起其出射雷射的拍頻發生變化。因此，通過檢測拍頻變化，可以推知增益光纖的彎曲半徑。


發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種利用光纖作為傳感器件，利用DBR雷射器的拍頻效應，將傳感光纖所在部位的彎曲半徑的變化轉換為雷射器拍頻的變化，通過檢測這種拍頻變化來達到測量彎曲半徑的目的基於DBR雷射器的彎曲半徑測量儀。
本發明所採用的技術方案是一種基於光纖雷射器的彎曲半徑測量儀，包括有單模光纖，光波分復用器，還設置有光纖雷射器，光纖泵浦源，隔離器，光電探測器，頻譜分析裝置，其中，所述的光纖雷射器通過單模光纖與光波分復用器連接，光波分復用器分別通過單模光纖與光纖泵浦源以及隔離器相連，隔離器與光電探測器、頻譜分析裝置依次串聯連接。
所述的光纖雷射器採用DBR的線性腔結構。
所述的光纖雷射器為DBR光纖雷射器，包括有傳感光纖和波長匹配的光纖光柵對，其中，傳感光纖連接在一對波長匹配的光纖光柵對之間。
所述的傳感光纖採用能由彎曲引起光纖雙折射以至光纖雷射器產生拍頻變化的增益光纖構成。
所述的泵浦源採用光纖泵浦雷射器。
還可以採用具有反射特性的光學器件取代波長匹配的光纖光柵對構成光纖雷射器。
本發明的基於光纖雷射器的彎曲半徑測量儀，採用光纖作為傳感器件，基於光纖本身的優點，這種彎曲傳感器件具有結構緊湊、測量精度高、抗幹擾，耐腐蝕，適合在惡劣環境下工作等特點。同時，測量方式上不同於光纖中傳統的波長檢測的方式，而是利用正交偏振的單縱模DBR光纖雷射器為傳感元件。採用頻譜儀進行拍頻解調。因而具有性價比高等優點。



圖1是本發明的整體結構示意圖。
其中 1傳感光纖 2.波長匹配的光纖光柵對 3單模光纖 4光波分復用器 5光纖泵浦源 6隔離器 7光電探測器 8頻譜分析裝置 9光纖雷射器
具體實施例方式 下面結合實施例和附圖對本發明的基於光纖雷射器的彎曲半徑測量儀做出詳細說明。
本發明利用光纖作為傳感器件，並利用DBR雷射器的拍頻進行測量分析。採用改變雷射器諧振腔的雙折射的方式改變雷射器的拍頻，通過檢測拍頻的變化測量雙折射的變化，從而測量彎曲半徑。其特點是彎曲導致傳感光纖產生感生雙折射，從而導致雷射器拍頻的變化，通過頻譜儀測量雷射器拍頻的變化來感測彎曲半徑的大小。
如圖1所示，本發明的光纖雷射器的彎曲半徑測量儀，包括有光纖雷射器9，單模光纖3，光波分復用器4，光纖泵浦源5，隔離器6，光電探測器7，頻譜分析裝置8，其中，所述的光纖雷射器9通過單模光纖3與光波分復用器4連接，光波分復用器4分別通過單模光纖3與光纖泵浦源5以及隔離器6相連，隔離器6與光電探測器7、頻譜分析裝置8依次串聯連接。所述的光纖雷射器9採用DBR的線性腔結構。所述的泵浦源5採用光纖泵浦雷射器。
上述的光纖雷射器9為DBR光纖雷射器，包括有傳感光纖1和波長匹配的光纖光柵對2，其中，傳感光纖1連接在一對波長匹配的光纖光柵對2之間。其中，所述的傳感光纖1採用能由彎曲引起光纖雙折射以至光纖雷射器產生拍頻變化的增益光纖構成。
根據增益光纖1的吸收波長，可以選用相應的泵浦源5的工作波長。如增益光纖1選用單模摻鉺光纖時，泵浦源5的工作波段為980nm或1480nm。匹配光纖光柵對2的中心波長為1542.000nm。傳感用增益光纖1採用15mm的摻鉺光纖。光電探測陣列7採用10G的APD光電探測器。單模光纖3採用1550nm波段的單模光纖。
本發明中還可以採用具有反射特性的光學器件取代波長匹配的光纖光柵對2構成光纖雷射器9，如採用光學反射鏡片、光纖環鏡等作為反射腔鏡構成光纖雷射器。
本發明的測試原理是 對於正交偏振的單縱模DBR光纖雷射器，設增益光纖外半徑為r，當光纖彎曲成半徑R(R＞＞r)時感生雙折射δβ＝βy-βx可以表示為 式中σ是SiO2的泊松(Poisson)比，SiO2的σ≈0.16，P11＝0.12，P12＝0.27，n＝1.46。因此得到 由於光纖有固有雙折射B0，設彎曲產生的感應雙折射與固有雙折射之間的軸向夾角為θ，則矢量疊加得到總的雙折射度為 由於腔內雙折射，雷射器諧振腔內產生兩個正交偏振的不同模式的光束，兩個模式之間的頻差為 可以簡化寫為 上式表明，此DBR光纖雷射器的輸出拍頻Δv與增益光纖所在的彎曲半徑R成函數關係。
所以本發明，當傳感光纖(增益光纖)處於不同的曲率半徑R時，可以在頻譜分析裝置8處測量得到該正交偏振的單縱模DBR光纖雷射器產生不同的拍頻，並且拍頻的平方隨著彎曲半徑平方的倒數成二次多項式變化。
權利要求
1.一種基於光纖雷射器的彎曲半徑測量儀，包括有單模光纖(3)，光波分復用器(4)，其特徵在於，還設置有光纖雷射器(9)，光纖泵浦源(5)，隔離器(6)，光電探測器(7)，頻譜分析裝置(8)，其中，所述的光纖雷射器(9)通過單模光纖(3)與光波分復用器(4)連接，光波分復用器(4)分別通過單模光纖(3)與光纖泵浦源(5)以及隔離器(6)相連，隔離器(6)與光電探測器(7)、頻譜分析裝置(8)依次串聯連接。
2.根據權利要求1所述的基於光纖雷射器的彎曲半徑測量儀，其特徵在於，所述的光纖雷射器(9)採用DBR的線性腔結構。
3.根據權利要求1所述的基於光纖雷射器的彎曲半徑測量儀，其特徵在於，所述的光纖雷射器(9)為DBR光纖雷射器，包括有傳感光纖(1)和波長匹配的光纖光柵對(2)，其中，傳感光纖(1)連接在一對波長匹配的光纖光柵對(2)之間。
4.根據權利要求3所述的基於光纖雷射器的彎曲半徑測量儀，其特徵在於，所述的傳感光纖(1)採用能由彎曲引起光纖雙折射以至光纖雷射器產生拍頻變化的增益光纖構成。
5.根據權利要求1所述的基於光纖雷射器的彎曲半徑測量儀，其特徵在於，所述的泵浦源(5)採用光纖泵浦雷射器。
6.根據權利要求3所述的基於光纖雷射器的彎曲半徑測量儀，其特徵在於，還可以採用具有反射特性的光學器件取代波長匹配的光纖光柵對(2)構成光纖雷射器(9)。
全文摘要
本發明公開一種基於光纖雷射器的彎曲半徑測量儀，有單模光纖，光波分復用器，還設置有光纖雷射器，光纖泵浦源，隔離器，光電探測器，頻譜分析裝置，其中，所述的光纖雷射器通過單模光纖與光波分復用器連接，光波分復用器分別通過單模光纖與光纖泵浦源以及隔離器相連，隔離器與光電探測器、頻譜分析裝置依次串聯連接。光纖雷射器採用DBR的線性腔結構。光纖雷射器由傳感光纖和波長匹配的光纖光柵對組成，傳感光纖連接在一對波長匹配的光纖光柵對之間。傳感光纖採用增益光纖構成。本發明採用光纖作為傳感器件，這種彎曲傳感器件具有結構緊湊、測量精度高、抗幹擾，耐腐蝕，適合在惡劣環境下工作等特點。測量方式上是利用正交偏振的單縱模DBR光纖雷射器為傳感元件。
文檔編號H01S3/06GK101236075SQ200810052349
公開日2008年8月6日 申請日期2008年2月29日 優先權日2008年2月29日
發明者波 劉, 關柏鷗, 羅建花, 蘭玉文, 周海濱, 開桂雲 申請人:南開大學