专利名称：拉曼散射光纤波分耦合器的制作方法
技术领域：
本发明属于光传感技术领域，涉及一种耦合器，具体地说是一种用于分布式光纤 温度传感系统的拉曼散射光纤波分耦合器的设计方法。
背景技术：
分布式光纤温度传感系统是一种用于实时测量空间温度场分布的高新技术产品， 它不仅具有普通光纤传感器的优点，还具有对光纤沿线各点的温度的分布式传感能力，利 用这种特点我们可以连续实时测量光纤沿线几公里内各点的温度，空间分辨率1米，定位 精度1米的量级，测温精度可达1度的水平，非常适用于大范围多点测温的应用场合。目前常用的光纤温度传感器是利用拉曼散射以获得温度信号的。拉曼散射(Raman scattering)是指光通过介质时由于入射光与分子运动相互作用而引起的频率发生变化的 散射，又称拉曼效应。在散射光谱中入射光中心波长的两侧各存在一条谱线低频一端的 曲线的频率为νΟ-Δ ν，称之为斯托克斯(Stokes)线或红伴线；高频一端曲线的频率为 νΟ+Δ ν，称之为反斯托克斯(Anti-stokes)线或紫伴线。拉曼散射光纤波分耦合器的喇 曼散射光(包括Stokes和Anti-stokes光)的窄带滤波片波谱设计就是根据这个原理计 算的。传统的后向拉曼散射光信号的提取方式是1X3光纤耦合器+光滤波器相比，这种 提取方式的有用光提取效率还比较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种拉曼散射光纤波分耦合器，可提高有用 光的提取效率。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案—种拉曼散射光纤波分耦合器，该耦合器包括依次连接的光纤环形器、反斯托克 斯Anti-stokes滤光片、斯托克斯stokes滤光片；所述耦合器的输入端通过光纤输入大功 率窄脉冲光；所述耦合器的反馈端与传感光纤相连；所述耦合器的输出端将所述传感光纤 中带有温度信息的后向Anti-stokes光信号及stokes光信号提取输出。作为本发明的一种优选方案，所述光纤环形器包括第一输入端、第一输出端和第 一反馈端；所述第一输入端与脉冲激光器的输出端相连，用于接收脉冲激光器发射的光脉 冲；所述第一反馈端与传感光纤相连，用于向传感光纤注入所述光脉冲，并接收在传感光纤 中产生的后向散射光；所述第一输出端将接收到的后向散射光输出。作为本发明的一种优选方案，所述Anti-stokes滤光片及Stokes滤光片均包括光 输入端、透射光输出端、反射光输出端；所述Anti-stokes滤光片的光输入端与光纤环形器 的输出端相连；所述Anti-stokes滤光片的透射光输出端用于分离输出Anti-stokes光信 号；所述Anti-stokes滤光片的反射光输出端与所述Stokes滤光片的光输入端相连；所述 Stokes喇曼散射波长窄带滤波光片的透射光输出端用于分离输出Stokes光信号。
作为本发明的一种优选方案，所述耦合器包括光收集器，与所述stokes滤光片的 反射光输出端相连，用以收集余光。作为本发明的一种优选方案，所述光纤环形器通过第一平行光管与所述 Anti-stokes滤光片连接，将入射光耦合平行输出。作为本发明的一种优选方案，所述Anti-stokes滤光片通过第二平行光管与 stokes滤光片连接，将入射光耦合平行输出。作为本发明的一种优选方案，采用后向散射探测方法，光脉冲经光纤传输至拉曼 散射光纤波分耦合器的入射端，再进入传感光纤；在传感光纤中产生的后向散射光再经拉 曼散射光纤波分耦合器分离，分离后得到携带温度信号的后向Anti-stokes光信号和作为 参考信号的后向stokes光信号，自此便完成了光信号的接收工作。所述耦合器接收光脉 冲，经光纤环形器注入到传感光纤中，在传感光纤中产生的后向散射光再经所述耦合器进 行光滤波和分离。作为本发明的一种优选方案，所述Anti-stokes滤光片(22)为Anti-stokes喇曼 散射波长窄带滤光片；所述stokes滤光片(23)为stokes喇曼散射波长窄带滤光片。本发明的有益效果在于本发明提出的拉曼散射光纤波分耦合器，通过接收光脉 冲，经光纤环形器注入到传感光纤中，在传感光纤中产生的后向散射光再经拉曼散射光纤 波分耦合器进行光滤波和分离。与传统的普通耦合器+光滤波器的拉曼光信号的提取方式 相比，本发明可提高有用光的提取效率。本发明拉曼散射光纤波分耦合器的主要技术指标如下波长带宽士6. 5nm;插损<1.2dB;平坦度<0.5dB;隔离度>40dB;偏振相关损耗< 0. IdB ；方向性>40dB;回损>38dB。
图1为分布式光纤温度传感系统的拉曼散射光纤波分耦合器的模型图。图2为本发明拉曼散射光纤波分耦合器的组成示意图。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。实施例一本实施例以拉曼散射光纤波分耦合器应用于分布式光纤温度传感系统为例介绍 本发明。请参阅图1、图2，本发明揭示了一种拉曼散射光纤波分耦合器1，该耦合器1包括 依次连接的光纤环形器21、第一平行光管ll、Anti-st0kes滤光片22 (Anti-stokes喇曼散 射波长窄带滤光片)、第二平行光管12、stokes滤光片23 (stokes喇曼散射波长窄带滤光片)、光收集器24。所述光纤环形器21通过第一平行光管11与所述Anti-stokes滤光片 22连接，所述Anti-stokes滤光片22通过第二平行光管12与stokes滤光片23连接，第一 平行光管11、第二平行光管12用以将入射光耦合平行输出。如图1所示，耦合器1包括传感光纤输入口、Anti-stokes光信号输出口、Stokes 光信号输出口。请参阅图2，所述耦合器1的输入端通过光纤输入大功率窄脉冲光；所述耦合器1 的反馈端与传感光纤5相连；所述耦合器1的输出端将所述传感光纤中带有温度信息的后 向Anti-stokes光信号及stokes光信号提取输出。所述光纤环形器21包括第一输入端、第一输出端和第一反馈端；所述第一输入端 与脉冲激光器的输出端相连，用于接收脉冲激光器发射的光脉冲；所述第一反馈端与传感 光纤5相连，用于向传感光纤5注入所述光脉冲，并接收在传感光纤5中产生的后向散射 光；所述第一输出端将接收到的后向散射光输出。所述Anti-stokes滤光片及Stokes滤光片均包括光输入端、透射光输出端、 反射光输出端；所述Anti-stokes滤光片的光输入端与光纤环形器的输出端相连；所述 Anti-stokes滤光片的透射光输出端用于分离输出Anti-stokes光信号；所述Anti-stokes 滤光片的反射光输出端与所述Stokes滤光片的光输入端相连；所述Stokes喇曼散射波长 窄带滤波光片的透射光输出端用于分离输出Stokes光信号。所述光收集器24与所述stokes滤光片23的反射光输出端相连，用以收集余光。本发明具体实施时采用后向散射探测方法，光脉冲经光纤传输至拉曼散射光纤波分耦合器的入射 端，再进入传感光纤，在传感光纤中产生的后向散射光再经拉曼散射光纤波分耦合器分离， 分离后得到携带温度信号的后向反斯托克斯拉曼散射光和作为参考信号的后向斯托克斯 拉曼散射光，自此便完成了光信号的接收工作。其中，Anti-stokes散射光和stokes散射 光的波长由激光器的中心波长决定。所述拉曼散射光纤波分耦合器接收光脉冲，经光纤环形器注入到传感光纤中，在 传感光纤中产生的后向散射光再经拉曼散射光纤波分耦合器进行光滤波和分离。传统的后向拉曼散射光信号的提取方式是1X3光纤耦合器+光滤波器相比，这种 方式有用光提取效率Π = (1/^ = 50%*50%礼=25%(，(为反斯托克斯(Anti-stokes) 光通道与斯托克斯(stokes)光通道占普通耦合器后向散射光输出的比例，一般为8 2。 则反斯托克斯(Anti-stokes)光提取效率nAS = S*S*PAS = 50% *50% *(8/10) = 20% Pas ；斯托克斯(stokes)光提取效率ns = S*S*Ps = 50% *50% *(2/10) = 20% ；其中S为2X 2光纤耦合器输入输出的分光比例值，Pas为用本发明拉曼散射光纤 波分耦合器的反斯托克斯(Anti-stokes)光提取信号，Ps为用本发明拉曼散射光纤波分耦 合器的斯托克斯(stokes)光提取信号。由此可见，与传统的普通耦合器+光滤波器的拉曼光信号的提取方式相比，本发 明拉曼散射光纤波分耦合器的有用光提取效率更高。综上所述，本发明提出的拉曼散射光纤波分耦合器，通过接收光脉冲，经光纤环形
5器注入到传感光纤中，在传感光纤中产生的后向散射光再经拉曼散射光纤波分耦合器进行 光滤波和分离。与传统的普通耦合器+光滤波器的拉曼光信号的提取方式相比，本发明可 提高有用光的提取效率。本发明拉曼散射光纤波分耦合器的主要技术指标如下波长带宽士6.5nm;插损<1.2dB;平坦度<0. 5dB ；隔离度>40dB;偏振相关损耗< 0. IdB ；方向性>40dB;回损>38dB。这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例 中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实 施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明 的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、 材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进 行其它变形和改变。
权利要求
一种拉曼散射光纤波分耦合器，其特征在于，该耦合器包括依次连接的光纤环形器(21)、反斯托克斯Anti stokes滤光片(22)、斯托克斯stokes滤光片(23)；所述耦合器的输入端通过光纤输入窄脉冲光；所述耦合器的反馈端与传感光纤(5)相连；所述耦合器的输出端将所述传感光纤(5)中带有温度信息的后向Anti stokes光信号及stokes光信号提取输出。
2.根据权利要求1所述的拉曼散射光纤波分耦合器，其特征在于所述光纤环形器(21)包括第一输入端、第一输出端和第一反馈端；所述第一输入端与脉冲激光器的输出端相连，用于接收脉冲激光器发射的光脉冲；所述第一反馈端与传感光纤(5)相连，用于向传感光纤(5)注入所述光脉冲，并接收在 传感光纤(5)中产生的后向散射光；所述第一输出端将接收到的后向散射光输出。
3.根据权利要求1所述的拉曼散射光纤波分耦合器，其特征在于所述Anti-stokes滤光片(22)及Stokes滤光片(23)均包括光输入端、透射光输出端、 反射光输出端；所述Anti-stokes滤光片(22)的光输入端与光纤环形器的输出端相连；所述Anti-stokes滤光片(22)的透射光输出端用于分离输出Anti-stokes光信号；所述Anti-stokes滤光片(22)的反射光输出端与所述Stokes滤光片(23)的光输入 端相连；所述Stokes喇曼散射波长窄带滤波光片(23)的透射光输出端用于分离输出Stokes 光信号。
4.根据权利要求3所述的拉曼散射光纤波分耦合器，其特征在于所述耦合器包括光 收集器(24)，与所述stokes滤光片(23)的反射光输出端相连，用以收集余光。
5.根据权利要求1所述的拉曼散射光纤波分耦合器，其特征在于所述光纤环形器(21)通过第一平行光管(11)与所述Anti-stokes滤光片(22)连接， 将入射光耦合平行输出。
6.根据权利要求1所述的拉曼散射光纤波分耦合器，其特征在于所述Anti-stokes滤光片通过第二平行光管(12)与stokes滤光片(23)连接，将入射 光耦合平行输出。
7.根据权利要求1至6之一所述的拉曼散射光纤波分耦合器，其特征在于采用后向散射探测方法，光脉冲经光纤传输至拉曼散射光纤波分耦合器的入射端，再 进入传感光纤；在传感光纤中产生的后向散射光再经拉曼散射光纤波分耦合器分离，分离后得到携带 温度信号的后向Anti-stokes光信号和作为参考信号的后向stokes光信号，自此便完成了 光信号的接收工作；所述耦合器接收光脉冲，经光纤环形器注入到传感光纤中，在传感光纤中产生的后向 散射光再经所述耦合器进行光滤波和分离。
8.根据权利要求1至6之一所述的拉曼散射光纤波分耦合器，其特征在于所述 Anti-stokes滤光片(22)为Anti-stokes喇曼散射波长窄带滤光片；所述stokes滤光片(23)为stokes喇曼散射波长窄带滤光片。
全文摘要
本发明揭示了一种拉曼散射光纤波分耦合器，该耦合器包括依次连接的光纤环形器、反斯托克斯Anti-stokes滤光片、斯托克斯stokes滤光片；所述耦合器的输入端通过光纤输入大功率窄脉冲光；所述耦合器的反馈端与传感光纤相连；所述耦合器的输出端将所述传感光纤中带有温度信息的后向Anti-stokes光信号及stokes光信号提取输出。与传统的普通耦合器+光滤波器的拉曼光信号的提取方式相比，本发明可提高有用光的提取效率。
文档编号G02B6/293GK101893738SQ201010122479
公开日2010年11月24日 申请日期2010年3月11日 优先权日2010年3月11日
发明者仝芳轩, 周正仙, 席刚, 杨斌, 皋魏 申请人:上海华魏光纤传感技术有限公司