專利名稱：高速光纖光柵傳感復(fù)用解調(diào)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種高速光纖光柵傳感復(fù)用解調(diào)裝置，適用于由多只光纖布喇格光柵組成的傳感陣列的高速?gòu)?fù)用解調(diào)系統(tǒng)。
本實(shí)用新型包括寬帶光源、單模光纖、傳感光纖光柵、帶通濾波器、邊沿濾波器、光電轉(zhuǎn)換器、2×2耦合器、折射率匹配液、信號(hào)放大及數(shù)據(jù)處理器和1×2耦合器構(gòu)成。
本實(shí)用新型采用帶通濾波器件確定工作波長(zhǎng)范圍，用邊沿濾波器件達(dá)到在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)的波長(zhǎng)解調(diào)，再利用光電轉(zhuǎn)換器件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，進(jìn)行相關(guān)處理。
本實(shí)用新型高速光纖光柵傳感復(fù)用解調(diào)裝置的寬帶光源的波長(zhǎng)是1545～1565nm；所述的傳感光纖光柵是光纖布拉格光柵，并由一定數(shù)量的光纖布喇格光柵組成光纖光柵傳感陣列，其具體數(shù)目根據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要而定；所述的光電轉(zhuǎn)換器件是PIN光電二極管；所述的帶通濾波器件是啁啾光纖光柵或具有準(zhǔn)矩形反射譜的帶通濾波器件；所述的邊沿濾波器件是長(zhǎng)周期光纖光柵或透射譜具有準(zhǔn)線性上升沿或下降沿的濾波器件，利用其透射譜(波長(zhǎng)-透射率曲線)的邊沿(上升沿或下降沿)，完成波長(zhǎng)解調(diào)的功能。
本實(shí)用新型的工作原理和流程敘述如下由寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)耦合器(3dB)進(jìn)入傳感光柵陣列，從傳感陣列反射后形成的窄帶光源經(jīng)耦合器分為4路進(jìn)行波長(zhǎng)解調(diào)。其中一路經(jīng)耦合器(3dB)到達(dá)帶通濾波器，其反射光再經(jīng)耦合器(3dB)分為兩路光束。其中一束光I1經(jīng)邊沿濾波器到達(dá)光電檢測(cè)器。另一束光I2直接檢測(cè)，以補(bǔ)償由于光源強(qiáng)度波動(dòng)對(duì)實(shí)驗(yàn)造成的影響。由于光纖的端面反射，使得光源的光譜對(duì)后端光電檢測(cè)器件造成很大的影響。因此，需要將不用的光纖端面浸入折射率匹配液中，以盡量減少端面反射。
本實(shí)用新型采用反射譜具有準(zhǔn)矩形譜形的器件，如啁啾光纖光柵作為帶通濾波器。因此，只有中心波長(zhǎng)在通帶波長(zhǎng)范圍內(nèi)的傳感光纖光柵的反射光才會(huì)被反射，進(jìn)入后續(xù)光路。
在前期工作中，可以通過(guò)其他儀器測(cè)定邊沿濾波器的透射譜，以確定其在各波長(zhǎng)處的透射率，得到邊沿濾波器的波長(zhǎng)-透射率函數(shù)關(guān)系。邊沿濾波器的輸入光強(qiáng)I1和輸出光強(qiáng)I2可以通過(guò)測(cè)量確定。因此，通過(guò)計(jì)算實(shí)際透射率η＝I2/I1則根據(jù)波長(zhǎng)-透射率函數(shù)關(guān)系，即可求得此時(shí)對(duì)應(yīng)的傳感光纖光柵中心波長(zhǎng)，達(dá)到波長(zhǎng)解調(diào)的目的。
本實(shí)用新型由于采用多路并行解調(diào)方案，因此各路結(jié)構(gòu)及技術(shù)原理相同，只是其帶通濾波器的通帶范圍以及邊沿濾波器啁啾光纖光柵的波長(zhǎng)-透射率函數(shù)不同，由每一路的工作波長(zhǎng)范圍參數(shù)決定。
本實(shí)用新型是將傳感陣列中的光纖光柵經(jīng)適當(dāng)封裝后，置于待測(cè)物理場(chǎng)中。當(dāng)某物理參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，將引起傳感光纖光柵布喇格波長(zhǎng)發(fā)生漂移，通過(guò)本實(shí)用新型可檢測(cè)傳感陣列中各光纖光柵的波長(zhǎng)漂移量，進(jìn)而計(jì)算得出該物理參數(shù)的變化。本實(shí)用新型可適用于靜態(tài)或動(dòng)態(tài)物理參量的測(cè)量。
本實(shí)用新型是利用全光纖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，多路并行高速解調(diào)，解調(diào)速度快。本實(shí)用新型可應(yīng)用于各種由光纖布喇格光柵組成的傳感網(wǎng)絡(luò)中。
圖2是啁啾光纖光柵反射譜圖。
圖3是長(zhǎng)周期光纖光柵透射譜圖。
如圖所示，1.寬帶光源，2.單模光纖，3.傳感光纖布喇格光柵(不同波長(zhǎng))，4.折射率匹配液，5.2×2光纖耦合器，6.1×2光纖耦合器，7.帶通濾波器，8.邊沿濾波器，9.光電轉(zhuǎn)換器，10.信號(hào)放大及數(shù)據(jù)處理器。
連接方式2×2耦合器5的一側(cè)的兩根光纖，一根插入折射率區(qū)配液4，另一根連接傳感光纖光柵3；另外一側(cè)的兩根光纖，一根接寬帶光源1，另一根接第一層1×2耦合器6的單光纖端。第一層1×2耦合器6的雙光纖端分別連接第二層的兩個(gè)1×2耦合器6的單光纖端。第二層1×2耦合器6的雙光纖端的一根光纖分別連接到第三層1×2耦合器6的雙光纖端中的一根光纖。第三層1×2耦合器6的雙光纖端中的一根光纖分別連接到帶通濾波器7，帶通濾波器7的另一端插入折射率匹配液4中；另一根連接到1×2耦合器6的一端，1×2耦合器6的雙光纖端中的一根光纖連接光電轉(zhuǎn)換器9，另一根光纖連接邊沿濾波器8的一端，邊沿濾波器8的另一端連接光電轉(zhuǎn)換器9。其他1×2耦合器6及帶通濾波器7、邊沿濾波器8的連接方式與之相同。光電轉(zhuǎn)換器9連接到信號(hào)放大及數(shù)據(jù)處理器10。
在

圖1中以4路波長(zhǎng)解調(diào)為例(可以根據(jù)需要進(jìn)行路數(shù)擴(kuò)展)。
以其中一路傳感光纖布喇格光柵波長(zhǎng)解調(diào)為例。
傳感光纖布喇格光柵3的自由態(tài)中心波長(zhǎng)為1551.24nm，峰值反射率為80％，譜寬為0.26nm。取啁啾光纖光柵作為帶通濾波器7。所使用的啁啾光纖光柵的反射譜如圖2所示，其反射譜通帶波長(zhǎng)范圍為1549.00nm到1555.00nm，通帶寬度約為6nm。則由于啁啾光纖光柵的反射譜限制了對(duì)應(yīng)傳感光纖布喇光柵的工作波長(zhǎng)范圍(即由外界物理場(chǎng)引起的光纖布喇格光柵中心波長(zhǎng)的變化范圍)為1549.00nm到1555.00nm。取長(zhǎng)周期光纖光柵作為邊沿濾波器件8。所使用的長(zhǎng)周期光纖光柵的透射譜(波長(zhǎng)-透射率曲線)如圖3所示，其中心波長(zhǎng)為1559.00nm，其下降沿從1537nm到1558nm，覆蓋了該傳感光纖布喇格光柵(3)的工作波長(zhǎng)范圍，且在其工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)，波長(zhǎng)與透射率的函數(shù)關(guān)系近似為直線。
光電轉(zhuǎn)換器9采用InGaAs-PIN光電二極管，其暗電流為0.025nA，響應(yīng)度為0.85。
在實(shí)際應(yīng)用中，將傳感光纖布喇格光柵3粘貼于彈性懸臂梁(等強(qiáng)度梁)上。通過(guò)調(diào)整懸臂梁的彎曲程度，可以改變傳感光纖布喇格光柵3的中心波長(zhǎng)，并使其在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)。測(cè)量不同波長(zhǎng)處長(zhǎng)周期光纖光柵透射的光功率與參考光功率之比，即可求得該波長(zhǎng)處的透射率，進(jìn)而根據(jù)長(zhǎng)周期光纖光柵的波長(zhǎng)-透射率函數(shù)求出該波長(zhǎng)值，達(dá)到波長(zhǎng)解調(diào)的目的。
權(quán)利要求1.一種高速光纖光柵傳感復(fù)用解調(diào)裝置，其特征在于它包括寬帶光源(1)、單模光纖(2)、傳感光纖光柵(3)、折射率匹配液(4)、2×2光纖耦合器(5)、1×2光纖耦合器(6)、帶通濾波器(7)、邊沿濾波器(8)、光電轉(zhuǎn)換器(9)和信號(hào)放大及數(shù)據(jù)處理器(10)構(gòu)成；2×2耦合器(5)的一側(cè)的兩根光纖，一根插入折射率區(qū)配液(4)，另一根連接傳感光纖光柵(3)；另外一側(cè)的兩根光纖，一根接寬帶光源(1)，另一根接第一層1×2耦合器(6)的單光纖端；第一層1×2耦合器(6)的雙光纖端分別連接第二層的兩個(gè)1×2耦合器(6)的單光纖端；第二層1×2耦合器(6)的雙光纖端的一根光纖分別連接到第三層1×2耦合器(6)的雙光纖端中的一根光纖；第三層1×2耦合器(6)的雙光纖端中的一根光纖分別連接到帶通濾波器(7)，帶通濾波器(7)的另一端插入折射率匹配液(4)中；另一根連接到1×2耦合器(6)的一端，1×2耦合器(6)的雙光纖端中的一根光纖連接光電轉(zhuǎn)換器(9)，另一根光纖連接邊沿濾波器(8)的一端，邊沿濾波器(8)的另一端連接光電轉(zhuǎn)換器(9)；其它的1×2耦合器(6)及帶通濾波器(7)、邊沿濾波器8的連接方式與之相同；光電轉(zhuǎn)換器(9)連接到信號(hào)放大及數(shù)據(jù)處理器(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速光纖光柵傳感復(fù)用解調(diào)裝置，其特征在于所述的寬帶光源的波長(zhǎng)是1545～1565nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速光纖光柵傳感復(fù)用解調(diào)裝置，其特征在于所述的傳感光纖光柵是光纖布拉格光柵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速光纖光柵傳感復(fù)用解調(diào)裝置，其特征在于所述的光電轉(zhuǎn)換器件是PIN光電二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速光纖光柵傳感復(fù)用解調(diào)裝置，其特征在于所述的帶通濾波器件是啁啾光纖光柵或具有準(zhǔn)矩形反射譜的帶通濾波器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速光纖光柵傳感復(fù)用解調(diào)裝置，其特征在于所述的邊沿濾波器件是長(zhǎng)周期光纖光柵或透射譜具有準(zhǔn)線性上升沿或下降沿的濾波器件。
專利摘要本實(shí)用新型是一種高速光纖光柵傳感復(fù)用解調(diào)裝置，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型包括寬帶光源、單模光纖、傳感光纖光柵、折射率匹配液，2×2光纖耦合器，1×2光纖耦合器，帶通濾波器，邊沿濾波器，光電轉(zhuǎn)換器，信號(hào)放大及數(shù)據(jù)處理器等相互連接構(gòu)成。將傳感陣列中的光纖光柵經(jīng)適當(dāng)封裝后，置于待測(cè)物理場(chǎng)中。當(dāng)某物理參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，將引起傳感光纖光柵布喇格波長(zhǎng)發(fā)生漂移，通過(guò)本系統(tǒng)可檢測(cè)傳感陣列中各光纖光柵的波長(zhǎng)漂移量，進(jìn)而計(jì)算得出該物理參數(shù)的變化。本實(shí)用新型可適用于靜態(tài)或動(dòng)態(tài)物理參量的測(cè)量，并且是利用全光纖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，多路并行高速解調(diào)，解調(diào)速度快，可應(yīng)用于各種由光纖布喇格光柵組成的傳感網(wǎng)絡(luò)中。
文檔編號(hào)H04B10/12GK2605705SQ0324446
公開日2004年3月3日 申請(qǐng)日期2003年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月3日
發(fā)明者董孝義, 開桂云, 劉波, 張偉剛, 趙啟大, 袁樹忠, 童崢嶸, 曾劍 申請(qǐng)人:南開大學(xué)