本發(fā)明屬于核輻射監(jiān)測(cè)，更具體地，涉及一種高靈敏度光纖輻照監(jiān)測(cè)裝置和方法。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代科學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域，高靈敏度光纖激光探測(cè)器因其獨(dú)特的探測(cè)能力而備受關(guān)注。這些探測(cè)器利用光纖作為傳感介質(zhì)，能夠?qū)囟?、壓力、?yīng)變和輻射等物理量進(jìn)行精確測(cè)量。目前，光纖探測(cè)器已廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療診斷、航空航天以及核工業(yè)等領(lǐng)域。

2、盡管光纖探測(cè)器具有許多優(yōu)勢(shì)，如抗電磁干擾能力強(qiáng)、尺寸小、重量輕、可遠(yuǎn)程傳感等，但其在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)。首先，現(xiàn)有的光纖探測(cè)器在高輻射或極端環(huán)境下的穩(wěn)定性和可靠性仍有待提高。其次，探測(cè)器的靈敏度和分辨率在某些應(yīng)用場(chǎng)景下尚未達(dá)到預(yù)期要求，限制了其在高精度測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用。

3、隨著科技的不斷進(jìn)步和應(yīng)用需求的日益增長(zhǎng)，發(fā)展具有更高靈敏度、更好穩(wěn)定性和更強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性的光纖激光探測(cè)器變得尤為重要。特別是在核能監(jiān)測(cè)、環(huán)境安全以及醫(yī)療成像等關(guān)鍵領(lǐng)域，對(duì)探測(cè)器的性能提出了更高的要求。因此，研究和開(kāi)發(fā)新一代高靈敏度光纖激光探測(cè)器對(duì)于滿足這些需求具有重要意義。

4、開(kāi)發(fā)高靈敏度光纖激光探測(cè)器不僅能夠提升現(xiàn)有探測(cè)技術(shù)的性能，還能夠開(kāi)拓新的應(yīng)用領(lǐng)域。例如，在核工業(yè)中，高靈敏度探測(cè)器可以提高輻射監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，保障設(shè)施安全；在醫(yī)療領(lǐng)域，高分辨率探測(cè)器有助于進(jìn)行更精細(xì)的成像，從而提高疾病診斷的準(zhǔn)確率。此外，高靈敏度探測(cè)器的研究成果還能夠促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。

5、目前，公開(kāi)號(hào)為cn?112684485?b的專利申請(qǐng)中公開(kāi)了一種光纖輻照監(jiān)測(cè)裝置及方法，該方案提到多模光纖在高能射線作用下會(huì)產(chǎn)生色心，而色心的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致多模光纖的折射率發(fā)生變化并且造成瑞利散射增強(qiáng)，從而導(dǎo)致在纖芯傳輸?shù)男盘?hào)激光會(huì)被泄露到石英包層中，包層光在經(jīng)過(guò)包層光濾除器時(shí)，會(huì)被包層光濾除器濾出至金屬封裝層，從而導(dǎo)致金屬封裝層的溫升，通過(guò)溫度傳感器和溫度數(shù)據(jù)處理器監(jiān)控金屬封裝層的溫升量和溫升速度，便可計(jì)算出輻射場(chǎng)的總劑量和劑量率。公開(kāi)號(hào)為cn?107631796?b的專利申請(qǐng)中提出了一種通過(guò)分析輻照前后光譜譜型和強(qiáng)度變化的方法來(lái)測(cè)量輻照光纖所受的總劑量和劑量率，并且輻照漂白激光光源用于漂白輻照后的輻照光纖，提高輻照光纖使用壽命。但是上述方法對(duì)輻照的敏感度都不高，其中公開(kāi)號(hào)為cn?112684485?b的專利申請(qǐng)中公開(kāi)了一種光纖輻照監(jiān)測(cè)裝置及方法利用測(cè)量溫度變化進(jìn)行間接測(cè)量，用于長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)。公開(kāi)號(hào)為cn107631796?b的專利申請(qǐng)中提出了一種通過(guò)分析輻照前后光譜譜型和強(qiáng)度變化的方法是直接測(cè)量光譜損耗，但是由于光譜測(cè)量誤差較大，測(cè)量精度也不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供提出了一種高靈敏度光纖輻照監(jiān)測(cè)裝置和方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一方面，本發(fā)明提供一種高靈敏度光纖輻照監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：

4、（1）確定第 i次工作的光纖激光振蕩器在無(wú)輻照環(huán)境下的模式不穩(wěn)定閾值p1,i；

5、（2）確定第 i次工作對(duì)應(yīng)的輻照環(huán)境，在當(dāng)前輻照環(huán)境中啟動(dòng)光纖激光振蕩器，將光纖振蕩器在當(dāng)前輻照環(huán)境中的工作功率p2,i設(shè)置在小于p1,i的狀態(tài)，持續(xù)采集并記錄光纖激光振蕩器的輸出功率，并使用高性能示波器在光纖激光振蕩器的輸出端測(cè)量輸出激光時(shí)域特性，根據(jù)當(dāng)前輻照環(huán)境下光纖激光振蕩器的輸出激光時(shí)域特性判斷光纖激光振蕩器在當(dāng)前輻照環(huán)境下是否達(dá)到模式不穩(wěn)定閾值；

6、（3）當(dāng)光纖激光振蕩器在當(dāng)前輻照環(huán)境下達(dá)到模式不穩(wěn)定閾值且當(dāng)前輻照環(huán)境下達(dá)到模式不穩(wěn)定閾值為p2,i，則關(guān)閉光纖激光振蕩器，說(shuō)明此時(shí)光纖振蕩器已承受一定總劑量的射線輻照；

7、（4）根據(jù)δpi=p1,i-p2,i判斷光纖振蕩器承受的輻照總劑量大小，δpi越大則表示第 i次工作對(duì)應(yīng)的輻照環(huán)境中光纖振蕩器承受的輻照總劑量越大；

8、（5）令 i=i+1，重復(fù)步驟（1）～步驟（4），光纖激光振蕩器進(jìn)行第 i+1次工作，對(duì)每次工作中的光纖激光振蕩器的輻照總劑量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

9、進(jìn)一步地，還包括設(shè)定工作次數(shù)閾值 n，當(dāng)光纖激光振蕩器工作 n次后，利用光漂白或者熱漂白對(duì)輻照導(dǎo)致的光纖激光振蕩器的損耗進(jìn)行一定恢復(fù)，延長(zhǎng)光纖激光振蕩器的使用時(shí)長(zhǎng)。

10、進(jìn)一步地，本發(fā)明提供一種用于所述光纖輻照監(jiān)測(cè)方法的光纖輻照監(jiān)測(cè)裝置，包括光纖激光振蕩器、探測(cè)激光光源、激光接收裝置、功率測(cè)量裝置和功率測(cè)量裝置，光纖激光振蕩器的輸出端設(shè)置有激光接收裝置，光纖激光振蕩器輸出的激光信息經(jīng)過(guò)激光接收裝置后通過(guò)功率測(cè)量裝置和功率測(cè)量裝置測(cè)量；

11、探測(cè)激光光源為可見(jiàn)光半導(dǎo)體激光器，用于檢測(cè)光纖激光器是否通光，以及激光器輸出系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)之間的光路矯正；探測(cè)激光光源從遠(yuǎn)離光纖激光振蕩器的輸出端的光纖激光振蕩器的另一端注入光纖激光振蕩器。

12、本發(fā)明中，所述光纖激光振蕩器的類型不限，可以是前向泵浦結(jié)構(gòu)、后向泵浦結(jié)構(gòu)或者雙向泵浦結(jié)構(gòu)。

13、本發(fā)明基于光纖振蕩器中的模式不穩(wěn)定效應(yīng)閾值對(duì)輻照敏感，因此可以用模式不穩(wěn)定效應(yīng)閾值作為光纖輻照監(jiān)測(cè)的判斷依據(jù)，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

14、本發(fā)明先測(cè)量第 i次工作前光纖激光振蕩器在無(wú)輻照環(huán)境下的初始模式不穩(wěn)定閾值p1,i；然后根據(jù)第 i次工作對(duì)應(yīng)的輻照環(huán)境，根據(jù)輻照總劑量的響應(yīng)需求，設(shè)置在第 i次工作對(duì)應(yīng)的輻照環(huán)境下光纖激光振蕩器的工作功率p2,i，p2,i<p1,i，工作功率p2,i與初始模式不穩(wěn)定閾值p1,i越接近，光纖激光振蕩器對(duì)輻照總劑量越敏感。光纖激光振蕩器在第 i次工作對(duì)應(yīng)的輻照環(huán)境下工作，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光纖激光振蕩器在當(dāng)前輻照環(huán)境下是否達(dá)到模式不穩(wěn)定閾值，通過(guò)監(jiān)測(cè)光纖振蕩器是否發(fā)生模式不穩(wěn)定就能判斷光纖激光振蕩器在當(dāng)前輻照環(huán)境下是否達(dá)到了一定總劑量的輻照。本發(fā)明提出了利用光纖激光振蕩器的模式不穩(wěn)定閾值對(duì)輻照極為敏感的原理進(jìn)行輻照總劑量監(jiān)測(cè)，具有高靈敏度的監(jiān)測(cè)效果，同時(shí)可以利用增長(zhǎng)增益光纖長(zhǎng)度、使用更大吸收系數(shù)增益光纖等方式進(jìn)一步提高靈敏度。

技術(shù)特征：

1.高靈敏度光纖輻照監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏度光纖輻照監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，還包括，設(shè)定工作次數(shù)閾值n，當(dāng)光纖激光振蕩器工作n次后，利用光漂白或者熱漂白對(duì)輻照導(dǎo)致的光纖激光振蕩器的損耗進(jìn)行一定恢復(fù)，延長(zhǎng)光纖激光振蕩器的使用時(shí)長(zhǎng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏度光纖輻照監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，步驟（3）中根據(jù)能夠計(jì)算得到當(dāng)前的輻照總劑量，其中表示在當(dāng)前輻照環(huán)境下的第i次工作中光纖振蕩器承受的輻照總劑量，a是與光纖激光振蕩器結(jié)構(gòu)、材料特性相關(guān)的參數(shù)，d是與光纖激光振蕩器量子虧損有關(guān)的參數(shù)，a和d通過(guò)標(biāo)定得到。

4.用于如權(quán)利要求1所述高靈敏度光纖輻照監(jiān)測(cè)方法的光纖輻照監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，包括光纖激光振蕩器、探測(cè)激光光源（1）、激光接收裝置（9）、功率測(cè)量裝置（10）和功率測(cè)量裝置（11），光纖激光振蕩器的輸出端設(shè)置有激光接收裝置（9），光纖激光振蕩器輸出的激光信息經(jīng)過(guò)激光接收裝置（9）后通過(guò)功率測(cè)量裝置（10）和功率測(cè)量裝置（11）測(cè)量；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖輻照監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，光纖激光振蕩器為前向泵浦結(jié)構(gòu)，包括前向泵浦合束器（2）、光纖耦合半導(dǎo)體激光器（3）、高反射率光纖光柵（4）、增益光纖（5）、低反射率光纖光柵（6）、包層濾除器（7）、光纖輸出端（8）；所述探測(cè)激光光源（1）的輸出光纖與所述前向泵浦合束器（2）的信號(hào)臂連接；多個(gè)光纖耦合半導(dǎo)體激光器（3）的輸出光纖分別與所述前向泵浦合束器（2）的泵浦臂連接；所述前向泵浦合束器（2）的合束端與所述高反射率光纖光柵（4）的第一端連接；所述增益光纖（5）的兩端分別與所述高反射率光纖光柵（4）的第二端和所述低反射率光纖光柵（6）的第一端熔接；所述包層濾除器（7）的兩端分別與所述低反射率光纖光柵（6）的第二端和所述光纖輸出端（8）連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖輻照監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，光纖激光振蕩器為后向泵浦結(jié)構(gòu)，包括光纖耦合半導(dǎo)體激光器（3）、高反射率光纖光柵（4）、增益光纖（5）、低反射率光纖光柵（6）、包層濾除器（7）、光纖輸出端（8）、后向泵浦合束器（13）；所述探測(cè)激光光源（1）的輸出光纖與所述高反射率光纖光柵（4）的第一端連接，所述增益光纖（5）的兩端分別與所述高反射率光纖光柵（4）的第二端和所述低反射率光纖光柵（6）的第一端熔接；多個(gè)光纖耦合半導(dǎo)體激光器（3）的輸出光纖分別與所述后向泵浦合束器（13）的泵浦臂連接；所述低反射率光纖光柵（6）的第二端連接所述后向泵浦合束器（13）的合束端，所述包層濾除器（7）的兩端分別與所述后向泵浦合束器（13）的信號(hào)臂和所述光纖輸出端（8）連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖輻照監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，光纖激光振蕩器為雙向泵浦結(jié)構(gòu)，包括前向泵浦合束器（2）、光纖耦合半導(dǎo)體激光器（3）、高反射率光纖光柵（4）、增益光纖（5）、低反射率光纖光柵（6）、后向泵浦合束器（13）、包層濾除器（7）、光纖輸出端（8）；所述探測(cè)激光光源（1）的輸出光纖與所述前向泵浦合束器（2）的信號(hào)臂連接；多個(gè)光纖耦合半導(dǎo)體激光器（3）的輸出光纖分別與所述前向泵浦合束器（2）的泵浦臂連接；所述前向泵浦合束器（2）的合束端與所述高反射率光纖光柵（4）的第一端連接；所述增益光纖（5）的兩端分別與所述高反射率光纖光柵（4）的第二端和所述低反射率光纖光柵（6）的第一端熔接；多個(gè)光纖耦合半導(dǎo)體激光器（3）的輸出光纖分別與所述后向泵浦合束器（13）的泵浦臂連接；所述低反射率光纖光柵（6）的第二端連接所述后向泵浦合束器（13）的合束端，所述包層濾除器（7）的兩端分別與所述后向泵浦合束器（13）的信號(hào)臂和所述光纖輸出端（8）連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任一項(xiàng)所述的光纖輻照監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述探測(cè)激光光源(1)為中心波長(zhǎng)位于400nm-700nm的可見(jiàn)光半導(dǎo)體激光器；

9.根據(jù)權(quán)利要求5或7所述的光纖輻照監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述前向泵浦合束器（2）為（n+1）1前向泵浦合束器，2≤n≤18,?具有n個(gè)泵浦臂，一個(gè)信號(hào)臂和一個(gè)合束端。

10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的光纖輻照監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述后向泵浦合束器（13）為（n+1）1后向泵浦合束器，2≤n≤18,?具有n個(gè)泵浦臂，一個(gè)信號(hào)臂和一個(gè)合束端。

技術(shù)總結(jié)
一種高靈敏度光纖輻照監(jiān)測(cè)裝置和方法，包括：先測(cè)量第i次工作前光纖激光振蕩器在無(wú)輻照環(huán)境下的初始模式不穩(wěn)定閾值P<subgt;1,i</subgt;；根據(jù)第i次工作對(duì)應(yīng)的輻照環(huán)境，根據(jù)輻照總劑量的響應(yīng)需求，設(shè)置在第i次工作對(duì)應(yīng)的輻照環(huán)境下光纖激光振蕩器的工作功率P<subgt;2,i</subgt;，P<subgt;2,i</subgt;<P<subgt;1,i</subgt;，工作功率P<subgt;2,i</subgt;與初始模式不穩(wěn)定閾值P<subgt;1,i</subgt;越接近，光纖激光振蕩器對(duì)輻照總劑量越敏感。光纖激光振蕩器在第i次工作對(duì)應(yīng)的輻照環(huán)境下工作，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光纖激光振蕩器在當(dāng)前輻照環(huán)境下是否達(dá)到模式不穩(wěn)定閾值。本發(fā)明通過(guò)監(jiān)測(cè)光纖振蕩器是否發(fā)生模式不穩(wěn)定就能判斷光纖激光振蕩器在當(dāng)前輻照環(huán)境下是否達(dá)到了一定總劑量的輻照，具有高靈敏度的監(jiān)測(cè)效果。

技術(shù)研發(fā)人員：張漢偉,相廣彪,張江彬,王小林,周瓊,劉文廣,華衛(wèi)紅,陳金寶
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6