基于高速脉冲激光器的光纤布拉格光栅传感装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种光纤传感领域的方法与装置，具体是一种基于高速脉冲激光器的 光纤布拉格光栅传感装置。
【背景技术】
[0002] 光纤具有感测和传输双重功能W及质量轻、抗电磁干扰、耐高溫、耐腐蚀等优点， 光纤布拉格光栅传感器除了具有一般光纤传感器的优点外，还具有复用能力强、可分布式 传感的优势。近年来，光纤布拉格光栅传感器受到了极大的关注并得到快速发展，在智能建 筑、±木工程、医疗工程或其他极端环境的应变、溫度等监测领域得到了广泛应用。光纤布 拉格光栅传感多为波长调制，传统的解调方式由于检测方法的不同可大致分为两种，第一 种是基于无源检测的，即使用鉴频器来将布拉格波长漂移转化为光强的变化或者光强空间 的位移，运一方法可W用边缘滤波器、阵列波导光栅、波分复用器或者基于全息光栅的光谱 电荷禪合器件来实现，其优点在于系统简单、经济，但是光源的抖动或者环境的干扰可能会 被当作传感器的信号被反射回来而导致解调的精度不高，另外，无源检测也难W实现高速 的动态传感[A.Fender,E.J.Rigg,R.R.J.Maie;r,W.N.MacPherson,J.S.Barton,A.J.Moore, J.D.C.Jones,D.Zhao,L.Zhang,I.Bennion,S.McCulloch,andB.J.S.Jones,"Dynamictwo axiscurvaturemeasurementusingmulticorefiberBragggratingsinterrogated byarrayedwaveguidegrating/?ρρ?.Opt.,vol.45,no.36,pp.9041-9048,Dec.2006]〇 第二种是有源检测，它是基于光学干设量度法将布拉格波长的位移转化为接收信号的相位 改变，干设的结构可W是非平衡马赫增德尔干设仪、法布里巧罗干设仪、迈克尔逊干设仪或 者长周期光纤光栅，有源检测由于消除了光源的抖动，其测量精度比无源检测要高很多，但 是由于有源的方式是基于光学干设，所W对环境扰动，比如溫度变化或微小的震动，很敏 感，因此会对系统的稳定性带来影响，另外，基于有源检测方法的解调速度被限制在了几千 赫兹，动态范围也较小[H.Xia,C.Zhang,H.Mu,andD.Sun,巧dgetechniquefordirect detectionofstrainandtemperaturebasedonopticaltimedomain reflectometiyAppl.Opt. ,vol. 48 ,no. 2,卵.189-197,Jan. 2009]。
[0003] 然而，高速的光纤布拉格光栅解调系统在很多研究方面都有极大需求，为了获得 高速、高精度、大动态范围的光纤布拉格光栅传感解调系统，高速脉冲激光器被选作了合适 的光源，再使用一段色散介质可W将激光器发出的超短光脉冲从频域映射到时域，其主要 的优点在于布拉格波长的位移可W被线性地映射到时域上时间的位移，运样就能实时地被 记录并进行处理。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于高速脉冲激光器的光纤布 拉格光栅传感装置，采用具有高重复频率和大带宽的窄脉冲激光器作为光源，提高了传感 解调速率和动态范围。利用光子时间拉伸的原理，将频域的波长位移映射到时域的时间位 移，从而有效地提高了解调精度，并且降低了对后端数据采集模块的采样率要求。
[0005] 本发明的技术方案如下：
[0006] -种基于高速脉冲激光器的光纤布拉格光栅传感装置，其特点在于，包括高速脉 冲激光器、分光器、第一色散模块、光定向禪合器、光纤布拉格光栅阵列、第一光电探测器、 第二色散模块、第二光电探测器、数据采集模块和数据处理模块；
[0007] 在所述的脉冲激光器发出的光脉冲方向是所述的分光器，从该分光器输出的第一 路光信号经所述的第一色散模块进入所述的光定向禪合器的第一端口，并从光定向禪合器 的第二端口输入经所述的光纤布拉格光栅阵列反射后返回进入光定向禪合器的第二端口， 从光定向禪合器的第Ξ端口输出，依次经所述的第二色散模块和第二光电探测器后传输入 所述的数据采集模块，从所述的分光器输出的第二路光信号经所述的第一光电探测器转换 为电信号传输入所述的数据采集模块，该数据采集模块分别与所述的第一光电探测器、第 二光电探测器和数据处理模块相连。
[0008] 所述的高速脉冲激光器用于产生具有宽谱和高重复频率的窄脉冲，可采用但不限 于被动锁模光纤激光器、主动锁模光纤激光器锁定至参考信号源、W及多激光器合成等方 法实现。
[0009] 所述的色散模块用于将光信号在时域拉伸，可采用但不限于单模光纤、色散补偿 光纤、线性调嗽光纤光栅等能产生色散的方法实现。
[0010] 所述光电探测器可W采用PIN管或Aro管。
[0011] 所述的分光器为光分路器或光禪合器。
[0012] 所述的光定向禪合器可W为光环形器也可W为光禪合器。
[0013] 所述的数据采集模块用于采集时域信号，可采用但不限于数据采集卡或示波器。
[0014] 所述的数据处理模块用于对采集的数据进行处理，完成时间位移到传感信号的转 换，可采用但不限于数字信号处理器或计算机软件。
[0015] 基于W上技术特点，本发明具有W下优点：
[0016] 1、本发明基于高速脉冲激光器，有效提升了目前光纤布拉格光栅传感解调系统的 解调速率和动态范围。
[0017] 2、本发明运用了光子时间拉伸的原理，将频域的波长位移映射到时域的时间位 移，成倍提升了目前光纤布拉格光栅传感解调系统的解调精度，并且降低了对后端数据采 集与处理模块的采样率要求。
【附图说明】
[001引图1为本发明的一个实施例图。
[0019] 图2为本发明运用光子时间拉伸原理的光纤布拉格光栅解调原理图。
[0020] 图3为本发明基于高速脉冲激光器的光纤布拉格光栅传感装置的W图1中的具体 实施方式得到时间拉伸脉冲波形(a)、激光器直接输出的脉冲波形；（b)、经过第一个色散模 块后的脉冲波形；（C)、经过第二个色散模块后的脉冲波形。
[0021] 图4为本发明基于高速脉冲激光器的光纤布拉格光栅传感装置的W图1中的具体 实施方式得到的实验结果(a)、不同外界作用下光纤布拉格光栅反射信号的时域波形