本發(fā)明涉及光纖激光器傳感器，尤其是包括窄線寬單頻激光器，光分路器，偏振控制器，光隔離器，光環(huán)形器，單模傳感光纖，摻鉺光纖放大器，未泵浦的摻鉺光纖，高速光電探測器，頻譜分析儀的基于多波長布里淵光纖激光器的光纖溫度傳感器。

背景技術(shù)：
在基于光纖激光器的傳感器領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者（A.T.Alavie,et.al.“AmultiplexedBragggratingfiberlasersensorsystem,”IEEEPhoton.Technol.Lett.,vol.5,no.9,pp.1112–1114,Sep.1993；徐團(tuán)偉等提出的發(fā)明專利，授權(quán)公開號：CN102829810A；Ahmad,H.;et.al.."TemperatureSensingUsingFrequencyBeatingTechniqueFromSingle-LongitudinalModeFiberLaser,"SensorsJournal,IEEE,vol.12,no.7,pp.2496-2500,July2012）使用基于光纖光柵(FBG)的單波長光纖激光器，利用FBG對波長敏感的原理，構(gòu)建了基于光纖激光器的溫度傳感器，靈敏度有每攝氏度GHz量級的變化，但還是存在一些不足，一方面當(dāng)使用濾波器進(jìn)行解調(diào)探測時，受濾波器可調(diào)速度的影響，不僅加大了系統(tǒng)的復(fù)雜程度而且降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，另一方面當(dāng)使用拍頻解調(diào)探測時，需要一個和此光纖激光器輸出相匹配的單頻光源作為參考，這樣不僅增加了成本，而且不適用與高溫度探測，第三方面是這類激光傳感器測量精度會受限于FBG的帶寬大??；同樣對于基于FBG多波長光纖激光器的分布式多點溫度傳感器（R.Perez-Herrera,et.al.."L-BandMultiwavelengthSingle-LongitudinalModeFiberLaserforSensingApplications,"J.LightwaveTechnol.30,1173-1177,2012.）也會出現(xiàn)單波長光纖激光器的第一和第三方面的問題；為了解決前兩個問題，南京大學(xué)陳向飛課題組提出了一種基于多縱模光纖激光傳感器（ZuoweiYin;et.al.."FiberRingLaserSensorforTemperatureMeasurement,"LightwaveTechnology,Journalof,vol.28,no.23,pp.3403,3408,Dec.1,2010；S.Liu,et.al..Multilongitudinalmodefiberlaserforstrainmeasurement,Opt.Lett.35,835-837,2010.），通過對光纖激光器基頻及不同階縱模的拍頻探測，獲取環(huán)境溫度值，但由于此溫度傳感器的機(jī)理是傳感光纖自身熱效應(yīng)，所以即使是基頻的76倍縱模，其靈敏度也僅有每攝氏度kHz量級的變化。上述這些光纖激光器傳感器，不能同時實現(xiàn)高精度高靈敏度的溫度測量，因此迫切需要開發(fā)一種高精度高靈敏度的光纖溫度傳感器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種簡單、穩(wěn)定性好、高精度、高靈敏度的基于多波長布里淵光纖激光器的光纖溫度傳感器。本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。一種基于多波長布里淵光纖激光器的光纖溫度傳感器，包括窄線寬單頻激光器、偏振控制器、光隔離器、光分路器、未泵浦的摻鉺光纖、光環(huán)形器、摻鉺光纖放大器、單模傳感光纖、溫度控制系統(tǒng)、高速光電探測器和頻譜分析儀；其特征在于：第一窄線寬單頻激光器作為多波長窄線寬光纖激光器的泵浦光，經(jīng)偏振控制器、光隔離器和第一光分路器的一個輸入端注入到諧振腔中；泵浦光再經(jīng)第二光環(huán)形器的第二端口、摻鉺光纖放大器放大以及第二光環(huán)形器后，返回諧振腔中；然后經(jīng)第一光分路器的另一個輸入端和單模傳感光纖，通過內(nèi)嵌可飽和吸收體的窄帶環(huán)形濾波器和第一光環(huán)形器后，再返回諧振腔中；其中，所述內(nèi)嵌可飽和吸收體的窄帶環(huán)形濾波器還包括未泵浦的摻鉺光纖和第二光分路器，單模傳感光纖置于溫度控制系統(tǒng)內(nèi)；最后再通過第三光分路器，將第一光分路器的另一個輸出端和第二窄線寬單頻激光器輸出信號進(jìn)行拍頻，根據(jù)不同階斯托克斯波的波長調(diào)節(jié)第二窄線寬單頻激光器的輸出波長，并與所輸出的波長相匹配，拍頻信號經(jīng)過高速光電探測器后，使用頻譜儀進(jìn)行拍頻分析。基于上述技術(shù)方案，進(jìn)一步的附加技術(shù)方案如下。(1)所述第一窄線寬單頻激光器和第二窄線寬單頻激光器是中心波長為1550nm，光譜線寬為400kHz，邊摸抑制比>45dB，相對噪聲為-145dB/Hz，最大輸出功率為10dBm，波長可調(diào)范圍從1520nm到1630nm的連續(xù)運(yùn)行激光器。(2)所述內(nèi)嵌可飽和吸收體的窄帶環(huán)形濾波器中的第二光分路器的分光比是50∶50，未泵浦的摻鉺光纖的長度是8m或10m。(3)所述單模傳感光纖是500m長度的G655單模光纖。(4)所述第一光分路器的分光比是50∶50；第三光分路器的分光比是50∶50。(5)所述溫度控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)范圍是5~60℃，溫度分辨率是0.1℃的連續(xù)運(yùn)行恒溫系統(tǒng)。(6)所述摻鉺光纖放大器的輸出功率是0.5W~2W，波長范圍是1545nm~1565nm。(7)所述高速光電探測器響應(yīng)帶寬是0~45GHz。(8)所述頻譜儀帶寬是0~26.5GHz，最小分辨率是1Hz。實現(xiàn)本發(fā)明上述所提供的一種基于多波長布里淵光纖激光器的光纖溫度傳感器的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本光纖溫度傳感器采用內(nèi)嵌可飽和吸收體的窄帶環(huán)形濾波器，實現(xiàn)了高精度的溫度測量；利用多級布里淵散射光溫度效應(yīng)，實現(xiàn)了高靈敏度的溫度探測，其優(yōu)點與積極效果具體體現(xiàn)在如下兩方面。一是與現(xiàn)有的基于單個或多個光纖光柵（FBG）的單波長光纖激光器溫度傳感器相比，不會受到FBG帶寬的限制，而且利用維納效應(yīng)，獲得多波長窄線寬光纖激光，可以獲得更高精度的溫度測量；二是與現(xiàn)有的基于多縱模光纖激光器的溫度傳感器相比，利用多級布里淵散射光對溫度敏感的特性，可以有更高的溫度靈敏度，大約提高三個數(shù)量級的靈敏度。附圖說明圖1是本發(fā)明提出的基于多波長窄線寬布里淵摻鉺光纖激光器的光纖溫度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明提出的基于多波長窄線寬布里淵摻鉺光纖激光器的光纖溫度傳感器的測溫原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖3式本發(fā)明提出的基于多波長窄線寬布里淵摻鉺光纖激光器的光纖溫度傳感器的二階斯托克斯波測溫結(jié)果圖。圖中：1a：第一窄線寬單頻激光器；1b：第二窄線寬單頻激光器；2：偏振控制器；3：光隔離器；4a：第一光分路器；4b：第二光分路器；4c：第三光分路器；5：未泵浦的摻鉺光纖；6a：第一光環(huán)形器；6b：第二光環(huán)形器；7：摻鉺光纖放大器；8：單模傳感光纖；9：溫度控制系統(tǒng)；10：高速光電探測器；11：頻譜分析儀。具體實施方式下面對本發(fā)明的具體實施方式作出進(jìn)一步的說明。如附圖所述，實施本發(fā)明上述所提供的一種基于多波長布里淵光纖激光器的光纖溫度傳感器，該傳感器包括第一窄線寬單頻激光器1a；第二窄線寬單頻激光器1b；偏振控制器2；光隔離器3；第一光分路器4a；第二光分路器4b；第三光分路器4c；未泵浦的摻鉺光纖5；第一光環(huán)形器6a；第二光環(huán)形器6b；摻鉺光纖放大器7；單模傳感光纖8；溫度控制系統(tǒng)9；高速光電探測器10和頻譜分析儀11?；谏鲜龅臉?gòu)成要件，本發(fā)明的構(gòu)成關(guān)系是：以第一窄線寬單頻激光器1a作為多波長窄線寬光纖激光器的泵浦光，再先后經(jīng)過偏振控制器2、光隔離器3和第一光分路器4a的一個輸入端注入到諧振腔中，其中，所采用的偏振控制器2用來調(diào)節(jié)泵浦光和斯托克斯光之間的偏振態(tài)，以保證布里淵增益最大；所采用的光隔離器3是為了防止腔內(nèi)出射光打壞第一窄線寬單頻激光器1a；之后泵浦光再經(jīng)過第二光環(huán)形器6b的第二端口、摻鉺光纖放大器7放大和第二光環(huán)形器6b后，再返回到諧振腔中，然后經(jīng)過第一光分路器4a的另一個輸入端和單模傳感光纖8，通過內(nèi)嵌可飽和吸收體的窄帶環(huán)形濾波器和第一光環(huán)形器6a后，再返回諧振腔中，內(nèi)嵌可飽和吸收體的窄帶環(huán)形濾波器起到保證單模運(yùn)行狀態(tài)的作用，其還包括了一段未泵浦的摻鉺光纖5和第二光分路器4b，基本原理為維納效應(yīng)，單模傳感光纖置于溫度控制系統(tǒng)9內(nèi)，且要保證傳感光纖無外界應(yīng)力的影響，通過第三光分路器4c，將第一光分路器4a的另一個輸出端和第二窄線寬單頻激光器1b輸出信號進(jìn)行拍頻，根據(jù)不同階斯托克斯波的波長調(diào)節(jié)第二窄線寬單頻激光器1b的輸出波長，以和所輸出的波長相匹配，拍頻信號經(jīng)過高速光電探測器10后，使用頻譜儀11進(jìn)行拍頻分析。基于上述具體實施方式，本發(fā)明進(jìn)一步的具體實施方案如下。第一附加技術(shù)實施方案是：所采用的第一窄線寬單頻激光器1a和第二窄線寬單頻激光器1b是中心波長為1550nm，光譜線寬為400kHz，邊摸抑制比>45dB，相對噪聲為-145dB/Hz，最大輸出功率為10dBm的連續(xù)運(yùn)行激光器，波長可調(diào)范圍從1520nm到1630nm的連續(xù)運(yùn)行激光器。第二附加技術(shù)實施方案是：所采用的內(nèi)嵌可飽和吸收體的窄帶環(huán)形濾波器中的第二光分路器4b的分光比為50:50，未泵浦的摻鉺光纖5長度為8m和10m。第三附加技術(shù)實施方案是：所采用的單模傳感光纖8為500m長度的G655單模光纖。第四附加技術(shù)實施方案是：所采用的第一光分路器4a的分光比為50:50；第三光分路器4c的分光比為50:50。第五附加技術(shù)實施方案是：所采用的溫度控制系統(tǒng)9是調(diào)節(jié)范圍為5~60℃，溫度分辨率為0.1℃的連續(xù)運(yùn)行恒溫系統(tǒng)。第六附加技術(shù)實施方案是：所采用的摻鉺光纖放大器7，輸出功率為0.5W~2W，波長范圍為1545nm~1565nm。第七附加技術(shù)實施方案是：所采用的高速光電探測器10響應(yīng)帶寬為0~45GHz。第八附加技術(shù)實施方案是：所采用的頻譜儀11帶寬為0~26.5GHz，最小分辨率為1Hz。在上述的具體實施方案中，如附圖1所述，該傳感器的窄線寬單頻激光器是法國Yenista公司推出的T100系列單頻激光器，其具有輸出功率高、可調(diào)范圍寬和線寬窄的優(yōu)點；溫度控制系統(tǒng)9是杭州保恒恒溫技術(shù)有限公司的BH8001動態(tài)恒溫控制系統(tǒng)；摻鉺光纖放大器7是上海瀚宇光纖通信技術(shù)有限公司的MARS系列C波段高功率臺式光纖放大器；高速光電探測器10是德國U2T公司推出的高靈敏探測器；頻譜儀為Keysight公司推出的N9020信號分析儀11。所采用的多波長布里淵光纖激光器的工作原理如下：光纖中，入射激光和光纖中聲波發(fā)生非線性的相互作用，光波通過電致伸縮產(chǎn)生聲波，引起了光纖折射率的周期性調(diào)制，產(chǎn)生頻率上、下移的反斯托克斯和斯托克斯布里淵散射光，在光纖中產(chǎn)生的布里淵頻移，表示為(1)其中，為泵浦光頻率，為聲速，為光速，在1550nm附近大約為10GHz。當(dāng)摻鉺光纖放大器的功率達(dá)到受激布里淵散射的閾值時，出現(xiàn)一階的斯托克斯波，當(dāng)進(jìn)一步增加摻鉺光纖放大器的功率，就激射出高階斯托克斯波，且每兩階斯托克斯波之間間隔都為布里淵頻移量，此就為預(yù)期的多波長布里淵摻鉺光纖激光器，每階斯托克斯波頻率可以表示為：(2)所采用的高精度溫度探測的工作原理如下：為了提高溫度探測精度，需要保證每一階斯托克斯波都處于單模運(yùn)行狀態(tài)，在腔中加入了內(nèi)嵌可飽和吸收體的窄帶環(huán)形濾波器，可飽和吸收體為未泵浦的摻鉺光纖8，其長度為8m和10m，以保證其基頻寬度大于布里淵增益帶寬，根據(jù)維納效應(yīng)，可以得到輸出激光的有效自由頻譜寬（）是每個諧振環(huán)的整數(shù)倍，表示為(3)其中是每個諧振環(huán)對應(yīng)的，而每個諧振環(huán)的環(huán)長，是正整數(shù)。因此，選擇好適當(dāng)?shù)沫h(huán)長，就可以保證每一階的斯托克斯波都處于單模的運(yùn)行狀態(tài)。所采用的高靈敏度探測的工作原理：如附圖2所示，光纖中布里淵散射光頻移具有溫度和應(yīng)變效應(yīng)，如果只考慮溫度效應(yīng)，一階斯托克斯波頻移變化量可以表示為：(4)其中為溫度變化量，為一階斯托克斯波溫度系數(shù)，因為某個特定的溫度下布里淵頻移是固定的，因此對于高階斯托克斯波，其對應(yīng)的布里淵頻移變化量就為一階斯托克斯波變換量的倍，同樣高階斯托克斯波溫度系數(shù)也為一階斯托克斯波系數(shù)的倍，即(5)由式(4)和式(5)，只要探測處每階斯托克斯波頻移變化量，就可以獲取傳感光纖出的溫度值，且探測斯托克斯波的階數(shù)越高，其靈敏度也越高。工作時，第一窄線寬單頻激光器1a作為多波長窄線寬光纖激光器的泵浦光，先后經(jīng)過偏振控制器2、光隔離器3和第一光分路器4a的一個輸入端注入到諧振腔中，偏振控制器2用來調(diào)節(jié)泵浦光和斯托克斯光之間的偏振態(tài)，以保證布里淵增益最大，光隔離器3是為了防止腔內(nèi)出射光打壞第一窄線寬單頻激光器1a，之后泵浦光經(jīng)過第二光環(huán)形器6b的第二端口，再經(jīng)過摻鉺光纖放大器7放大和第二光環(huán)形器6b后，返回諧振腔中，之后經(jīng)過第一光分路器4a的另一個輸入端和單模傳感光纖8，通過內(nèi)嵌可飽和吸收體的窄帶環(huán)形濾波器和第一光環(huán)形器6a后，再返回諧振腔中，內(nèi)嵌可飽和吸收體的窄帶環(huán)形濾波器起到保證單模運(yùn)行狀態(tài)的作用，其包括了一段未泵浦的摻鉺光纖5和第二光分路器4b，基本原理為維納效應(yīng)，單模傳感光纖置于溫度控制系統(tǒng)9內(nèi)，且要保證傳感光纖無外界應(yīng)力的影響，通過第三光分路器4c，將第一光分路器4a的另一個輸出端和第二窄線寬單頻激光器1b輸出信號進(jìn)行拍頻，根據(jù)不同階斯托克斯波的波長調(diào)節(jié)第二窄線寬單頻激光器1b的輸出波長，以和斯托克斯波的波長相匹配，拍頻信號經(jīng)過高速光電探測器10后，使用頻譜儀11進(jìn)行拍頻分析，從而根據(jù)式5計算得到實時的溫度，選擇拍頻探測的斯托克斯波階數(shù)越高，溫度靈敏度也就越高。如附圖3為二階斯托克斯波對應(yīng)的溫度曲線，從20℃到50℃，每隔5℃測一個頻率，原點和星點是實際測量的頻率值，虛線箭頭和點劃線箭頭對應(yīng)的為擬合直線，可以看到二階斯托克斯波頻率和溫度成直線關(guān)系，最終獲得了升溫狀態(tài)下的2.006MHz/℃靈敏度值和降溫狀態(tài)下的2.339MHz/℃靈敏度值，為一階斯托克斯波靈敏度的兩倍，與式5的理論分析相符。上述光纖溫度傳感器具有波長數(shù)量多、線寬窄、波長間隔固定、輸出穩(wěn)定的特點，用提供給此光纖激光器增益的單模光纖作為溫度傳感探測單元，對高階斯托克斯波進(jìn)行外差拍頻解調(diào)探測，以實現(xiàn)高精度高靈敏度的溫度測量。