引用本文:
周自强,王旭,王善进,等. 基于FP-LD强反馈的光纤迈克尔逊干涉仪传感系统[J]. 光通信技术,2023,47(2):34-38.
周自强,王 旭,王善进,王 芳
(河南师范大学 电子与电气工程学院,河南 新乡 453000)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:针对采用传统自组光纤激光器的光纤传感系统存在成本较高和结构复杂等问题,提出了一种基于商用激光器强反馈的光纤迈克尔逊干涉仪(FMI)传感解调系统。该系统采用商用法布里-珀罗腔型半导体激光器(FP-LD)为光源,由直流电源直接驱动,经FMI的反射、干涉后对其形成强反馈;利用多纵模激光拍频解调技术实现对FMI的传感解调,将FMI光域干涉光强的变化直接转化为电域拍频包络的变化。研究了不同FMI臂长差时拍频信号随温度的变化过程及传感系统灵敏度。实验结果表明:当臂长差分别为0.45、0.40 m时,灵敏度分别为325、358.33 kHz/℃。
关键词:半导体激光器;光纤迈克尔逊干涉仪;多纵模激光拍频解调技术;温度传感
中图分类号:TN256 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2023)02-0034-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2023.02.007
0 引言
光纤迈克尔逊干涉仪(FMI)具有成本低、灵敏度高、结构简单、抗电磁干扰和多参数传感等优点,在工业、能源、建筑、电力等领域得到了广泛的应用[1-3]。传统FMI通过在光域检测干涉光强的变化来实现传感解调[4-5],该解调方法虽然灵敏度高,但检测信号易受光源波动的影响,抗干扰能力较弱。2022年,本实验室[6]提出了一种基于多纵模激光拍频解调的FMI传感方案,该方案将传感量的变化转化为激光拍频频率的变化,通过对激光拍频频率的测量实现FMI的传感解调。这种频域的解调方法具有稳定性好、抗干扰能力强的优点,但该方案采用自制的光纤激光器[7-8]作为光源,增加了系统的成本和复杂性,不易于光纤传感技术进一步商业化。分布反馈式(DFB)激光器和法布里-珀罗腔型半导体激光器(FP-LD)是光通信系统中常见的2种光源。DFB激光器主要应用于高速光通信系统中,由于它具有窄线宽的激光输出,因此需要较长的谐振腔来产生可以检测的拍频信号。FP-LD在低速光纤通信网络和视频监控网络中的应用较为普遍,它的激光线宽较宽并具有多纵模的输出特性,在强反馈时易形成谐振,适用于激光拍频解调光纤传感系统,而且其宽光谱激光输出特性使其能够产生高稳定度的激光拍频信号。基于此,本文提出一种基于FP-LD强反馈的FMI传感系统。
3 结束语
本文提出了一种基于FP-LD强反馈的FMI传感系统,通过检测拍频信号的频率实现了温度的传感解调。与传统的光纤温度传感系统相比,该系统采用FP-LD为系统光源,同时为强反馈提供增益,无需泵浦源和增益光纤等构建光纤激光器,从而大幅降低了光纤传感系统的成本和复杂性;同时,该系统使用FMI对温度进行传感实验,与常用非复合腔传感系统相比,传感灵敏性得到了大幅提升。实验结果表明所提出的传感系统具有较高的传感灵敏度, 为光纤传感技术提供了一种新的结构简单、成本低、具有良好实用性的技术方案。