引用本文:

贾续龙,周雪芳. 双倍布里渊频移的多波长掺铒光纤温度传感器[J]. 光通信技术,2021,45(3):19-22.

双倍布里渊频移的多波长掺铒光纤温度传感器

贾续龙,周雪芳*

(杭州电子科技大学 通信工程学院,杭州310018)

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摘要:为了实现高灵敏度的光纤温度传感,提出并验证了一种具有双倍布里渊频移间隔的多波长掺铒光纤温度传感器。实验采用1558.214 nm波长的激光输出作为布里渊泵浦,经掺铒光纤放大器放大后再通过由2个三端口环形器和1段20 km的单模光纤构成的双倍频布里渊增益腔,其中单模光纤既是布里渊增益介质又是温度传感元。实验结果表明:在产生的7个高信噪比且稳定的双倍频下,得到的温度传感系数从2.186~15.328 MHz/℃可调,且最高阶斯托克斯波的温度测量误差为±0.322 ℃。

关键词:受激布里渊散射;多波长布里渊光纤激光器;双倍频;温度传感;频率漂移

中图分类号:TP212.1 文献标志码:文章编号:1002-5561(2021)03-0019-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.03.005

0 引言
      在传感技术领域,复杂的环境会给传感技术带来诸多不便,如高温高压或潮湿等条件下传感元件的使用寿命可能会大大缩减。但是,随着传感技术的快速发展很多问题都会迎刃而解。近几年出现的光纤传感器以其抗电磁干扰能力强、灵敏度高、耐高温、抗腐蚀和价格低廉等优势已经被应用在各个领域,其中以布里渊散射(SBS)效应为基础的多波长掺铒光纤激光器[1-4]的温度传感技术备受关注。
  SBS效应带来的布里渊频移(BFS)与温度的变化具有良好的线性关系[5-8],因此基于SBS的光纤激光器在传输信号的同时也非常适合用于温度传感。但是,通常用于温度传感的一阶斯托克斯波的BFS太小,限制了布里渊光纤温度传感的灵敏度只能在1 MHz/℃左右,所以采用多倍间隔[9]的BFS来提高传感系数,实现高灵敏度温度传感是非常必要的。另外,布里渊温度传感的最高传感系数取决于最高阶斯托克斯波,因此利用具有多个波长的布里渊掺铒光纤激光器可以提高温度传感的灵敏度。此前已经有大量关于这两方面研究的报道,文献[10]报道了一种利用2个环腔结构设计的四倍BFS间隔的多波长光纤激光器,实现了6个频移间隔为0.3429 nm的斯托克斯波长输出。文
献[11]报道了一种具有3倍BFS的单波长输出的温度传感器,其温度灵敏度系数为3.104 MHz/℃。文献[12]采用拍频方法实现了6阶布里渊信号的输出,温度传感灵敏度达到7 MHz/℃。文献[13]用2个3 dB耦合器作为反射镜设计出单倍BFS间隔的多波长掺铒光纤传感器用于温度测量,得到稳定的斯托克斯波长输出有25个,其中最高阶斯托克斯波温度灵敏度系数可达27.15 MHz/℃。但这些报道大多只研究了多倍BFS的光纤激光器和多波长光纤传感器的其中一个,并没有将两者结合起来。基于此,本文提出一种具有双倍BFS的多波长掺铒光纤温度传感器。

4 结束语
       本文设计了一种具有双倍BFS间隔的多波长掺铒光纤温度传感器。采用20 km的单模光纤作为布里渊增益介质和温度传感元件,当TLS输出功率固定在4 mW、980 nm泵浦光输出功率为515 mW时,获得了7个稳定的双倍BFS间隔的斯托克斯波,且信噪比均大于20 dB。在温度传感实验中,获得了从2.186~15.328 MHz/℃可调的温度灵敏度系数,BFS随温度的变化以及温度灵敏度系数随斯托克斯波阶数的变化都呈良好的线性关系。最后,本文对测量误差进行了研究,恒温箱温度固定在100 ℃时,在1 h内14th BS的温度测量误差仅为±0.322 ℃。本文采用的实验结构简单且易于搭建,实验结果在多倍频的多波长掺铒光纤激光器传感方面具有一定的参考意义,为基于SBS的光纤传感技术提供了良好的实验依据。