一种基于毛细管的布里渊散射动态光栅产生装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光栅产生装置及方法，具体涉及一种布里渊散射动态光栅产生装置及方法。
【背景技术】
[0002]光谱信号测量是光学测量和检测过程中最常用的测量手段，广泛应用于光通信、国防、航空航天、环保及材料等领域。在光谱信号测量中必须利用光纤光栅进行信号的选取，在测量的参数中，测量分辨率是光谱测量的最主要的技术指标。由于受到光栅刻痕密度和光束孔径等参数的限制，使得基于传统光栅的光谱仪分辨率最高仅为几个Pm ;相比传统光栅光谱仪，扫描法布里-珀罗干涉仪虽能提供较高光谱分辨率，但它的波长测量范围和光谱分辨率是一对矛盾参数，无法在宽波长范围情况下获得较高的光谱分辨率。近年来，传统光谱仪的分辨率已经逐渐不能满足新技术的发展需求，成为新兴领域发展的一大瓶颈。新涌现出来的应用需求对现有光谱仪的分辨率提出了挑战，因此探索新型的光谱分析机理，发展超高分辨光谱测量技术就成了一种必然趋势和目前迫切需要解决的问题。
[0003]近年来，光纤中的布里渊动态光栅因具有全光产生、参数灵活可控的优点，已被广泛研究应用于全光信号处理、光纤传感、微波光子学、光学存储和光纤特性表征等，引起研究人员的高度重视。董永康等研究人员提出的发明专利基于布里渊动态光栅的光谱分析装置及其分析方法，申请号201310231671.4，利用普通单模光纤产生布里渊动态光栅进行光谱分析；董永康等研究人员提出的发明专利基于受激布里渊散射动态光栅的微波光子滤波器及其滤波方法，申请号201310233987.7，利用保偏光纤产生布里渊动态光栅进行微波光子滤波设计。目前，他们都是利用普通单模光纤或者保偏光纤产生布里渊动态光栅，这些布里渊动态光栅的研究与开发都是集中在固定频率栗浦光产生固定光栅，因此，其反射波长也是固定的，限制了在高分辨率光谱分析技术中的应用。近年来，在激光技术、电子技术及新型光电探测元件发展的推动下，光谱分辨率和动态范围都提高了几个数量级，因此，在利用普通单模光纤或者保偏产生的布里渊动态光栅很难满足这些新的挑战。
【发明内容】
[0004]发明目的:本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于毛细管的布里渊散射动态光栅产生装置及方法，不仅能够产生高质量的布里渊动态光栅，而且能够获得高精度可调谐的动态光栅栅距等参数。
[0005]技术方案:本发明提供了一种基于毛细管的布里渊散射动态光栅产生装置，包括两条光路，一条光路为依次连接的激光器、親合器、放大器、第一偏振控制器和非线性光纤，另一条从所述耦合器出发依次连接第二偏振控制器、调制器、偏振合束器最后回到非线性光纤，还包括同步控制器，所述同步控制器与激光器相连的同时通过微波信号源连接所述调制器；所述非线性光纤是以毛细管为载体的光纤，所述毛细管内部填充有折射内芯。
[0006]由于布里渊动态光栅本质上是由相干声波场激发的折射率光栅，一般是栗浦光I和栗浦光2，其频率差等于光纤布里渊频移且以相同的偏振态(X偏振)从光纤两端注入光纤，通过受激布里渊散射效应激发出相干声波场，形成布里渊动态光栅。本发明的两条光路正是用于产生两路栗浦光，并在非线性光线中生成稳定且可调谐的布里渊动态光栅。
[0007]进一步，所述毛细管介质为石英毛细管，可以增强毛细管的非线性特性，产生较强的布里渊散射效应。
[0008]进一步，所述折射内芯为四氯化碳、二硫化碳及石墨烯中的一种或几种，可以通过改变介质中的种类及比例控制混合液的折射率，从而实现液芯光纤的单模传输。
[0009]进一步，所述毛细管的内径范围为2?10 μ m。
[0010]进一步，还包括与偏振合束器连接的探测激光器，探测信号光以y偏振态注入光纤，就可以被布里渊动态光栅反射形成反射信号。
[0011]一种基于毛细管的布里渊散射动态光栅产生方法，激光器产生激光经耦合器分出两路光束信号，其中一路经放大器放大后进入第一偏振控制器中，从第一偏振控制器输出的光束注入非线性光纤中，在非线性光纤中产生背向布里渊散射；从耦合器分出的另一路光束信号经第二偏振控制器进入调制器，被调制后的输出光束经偏振合束器进入非线性光纤中，微波信号源对调制器中的光束进行移频，使得两束光路信号的频率相差光纤布里渊频移大小，同步控制器输出的同步信号分别给激光器和调制器，保证两者信号同步，在非线性光纤中激发布里渊动态光栅；所述非线性光纤是由预制体拉制而成的毛细管，通过飞秒微加工技术在毛细管其内部填充折射内芯，两端用单模光纤熔接起来。
[0012]优选的，所述激光器为可调谐单频激光器，所述放大器为功率可调谐的掺饵光纤放大器。
[0013]进一步，所述布里渊动态光栅的栅距通过调节激光器的波长、功率以及微波信号源的频率来实现。
[0014]有益效果:本发明提出的一种基于毛细管的布里渊散射动态光栅产生装置及方法，在毛细管内部填充一定的介质制成非线性光纤，通过控制主激光器的波长、功率和微波信号源的频率来调节布里渊动态光栅的特性；具体的，布里渊动态光栅的公式Λ = λ/(2η)，其中Λ是布里渊动态光栅的栅距，λ是栗浦光波长，η为介质折射率，通过调节栗浦光波长λ就可以改变光栅的栅距Λ，从而改变光栅的反射波长，实现光谱的测量；根据布里渊频移公式νΒ= 2ην/λ，其中V 8是布里渊频移，η为介质折射率，V为介质中的声速，λ为栗浦光波长，可以看出，光纤的布里渊频移νΒ与栗浦光波长λ成反比；因此，本发明不仅能够产生布里渊动态光栅，而且能够获得可调谐光栅特性的动态光栅，同时大大降低了电磁干扰，且具有体积小、精度高、成本低廉和结构简单的优点。
【附图说明】
[0015]图1为本发明装置的结构示意框图；
[0016]图2为本发明的布里渊动态光栅的激发和探测示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
[0018]实施例:
[0019]实施例1:一种基于毛细管布里渊散射动态光栅产生的装置，如图1所示，包括两条光路，一条光路为依次连接的窄线宽可调谐激光器201、耦合器202、掺饵光纤放大器203、第一偏振控制器204和非线性光纤205，另一条从耦合器202出发依次连接第二偏振控制器208、photoline电光调制器209、偏振合束器210回到非线性光纤205。同步控制器206 一端连接窄线宽可调谐激光器201，另一端通过微波信号源207连接photoline电光调制器209。探测激光器211与偏振合束器210相连。
[0020]具体的，本实施例中的非线性光纤205是由精密石英毛细管由预制体拉制而成，其石英砂的纯度约为99.999%，毛细管的外径为120 μ m