引用本文:
武永久,李小方,王旭,等:基于可调铒纤激光器的温度测量系统研究[J]. 光通信技术,2018,42(5):24-28.
武永久1,李小方1,王 旭 2,刘玉芳 1*
(1.河南师范大学 物理与材料科学学院,河南 新乡453007; 2.河南师范大学 电子与电气工程学院,河南 新乡453007)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:实验研究了基于分布式布喇格反射镜 (Distributed Bragg Reflectors, DBR)光纤激光器结构的光纤光栅传感系统,采用可调光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot, F-P)滤波器和光纤环行器构成的可调反射腔镜对传感光栅进行波长扫描,实现了对光纤光栅温度的传感解调。与采用宽带光源、可调光纤F-P滤波器的光纤光栅温度传感解调系统进行了对比研究。实验结果表明,采用可调光纤激光器传感解调的温度测量系统具有解调速度更快,系统稳定性更强的优点。
关键词:光纤激光器;可调法布里-珀罗滤波器;光纤布喇格光栅;传感解调
中图分类号:TN929 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2018)05-0024-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2018.05.007
0 引言
随着掺杂光纤放大技术和激光技术的快速发展,铒纤激光器因可用带宽较宽、光束质量好、阈值低、转换效率高、光功率高、谱线宽度窄以及与光纤元件天然兼容等优势[1,2]成为研究的热点。目前,铒纤激光器的研究工作主要集中在光纤通信领域,由于受设计方案、调谐方法等因素的限制,在光纤传感中的运用研究相对较少。光纤布喇格光栅(FBG)具有可靠性高、测量对象范围广、抗电磁干扰、传感信息波长编码、易于波分复用及传输距离远等优点[3,4],是光纤传感领域中使用最多的传感器件。在以往的FBG传感系统研究工作中,传感系统所使用的光源多是宽带光源,然而这种光源的信噪比不高且反射谱的带宽较宽,导致中心波长的信号解调速度普遍较低。利用光纤光栅的窄带高反特性,易于构成光纤激光器,实现高灵敏度的光纤传感。2009年,Zhang等人提出了一套高灵敏分布的布喇格反射激光传感系统[5],获得了灵敏度高达0.402GHz/mm的位移传感测量。2012年,Jin等人将双偏振光纤光栅激光器应用于温度测量中,实现了灵敏度为-78.46kHz/℃的温度高灵敏测量[6]。2015年,Leandro等人提出了一种新型的光纤激光传感系统,只利用一个波长的激光器,实现对应力和温度的高灵敏度测量[7]。
本文分析铒纤激光器的阈值条件[8]、掺铒光 纤(EDF)的增益特性[9]以及F-P腔的滤波工作特性[10],设计一套基于可调铒纤激光器的中心波长解调方法,与F-P腔匹配滤波法的温度测量系统进行对比研究。
4 结束语
本文提出的基于可调谐光纤激光器的FBG传感解调系统,引入波长标准具的FBG1作为传感光栅的波长定标点,很好地解决了由于压电陶瓷的非线性和F-P腔的腔长因温度变化而产生的漂移所导致的波长变化的问题。将铒纤激光器运用在FBG传感系统中,可使传感器的整体性能提高,体现了激光传感系统具有波长解调速度快、抗干扰能力强的优点。此外,由于激光信号强度很高, 基于铒纤激光器的FBG传感系统的输出信号信噪比大幅度地提高,有望取代传统的以宽带光源作为解调光源的FBG传感系统,在矿井、油田、粮库及医疗测温等领域的温度测量和安全监控方面具有很好的应用前景。