专利名称：基于三角形谱光纤光栅的传感波长解调器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及基于三角形谱光纤光栅传感波长解调器，适用于光纤通信、光纤
传感、交通信息工程及控制技术等领域。
背景技术：
光纤光栅是利用光纤中的光敏性制成的。光纤光栅按照周期可以分为布拉格光纤 光栅和长周期光纤光栅，布拉格光纤光栅一般周期在1微米以下，长周期光纤光栅的波长 在1微米以上。布拉格光纤光栅在很多情况下简称为光纤光栅，其按照周期特性来说，可以 分为周期均匀不变的均匀光纤光栅，或者周期沿纵向改变的啁啾光纤光栅。均匀光纤光栅 反射谱带宽一般小于0. 5nm，啁啾光纤光栅的带宽可以从0. lnm到几十nm，甚至一百多nm 宽。 光纤光栅传感器的基本原理是利用光纤光栅光谱，尤其是其峰值位置随温度和应 力变化的特性，将外界被测量的变化转变为布拉格波长的变化，因此如何检测布拉格波长 的微小变化即对波长编码信号进行解调成了光纤光栅传感器实用化的关键问题。解调系统 就是用来完成测量布拉格波长的变化。只有通过解调系统才能获取外界被测量的信息，实 现传感的实用意义和价值，它在整个传感器系统中具有重要的作用。 光纤光栅传感具有光纤传输系统的不带电、抗射频、抗电磁干扰、防燃、防爆、抗腐 蚀、耐高压、耐电离辐射、重量轻、体积小及具有大信号传输带宽等优点，光纤光栅传感应用 越来越广泛。 三角形谱光纤光栅三角形Bragg光栅，或者称之为三角形布拉格光纤光栅属于非 线性啁啾光纤光栅，其特性是在其带宽范围内，反射率与入射光波长的改变在一定波长范 围内成线性关系。可以利用三角形谱光纤光栅的这个特性，将波长变化的信号转换为光功 率变化的信号。 波长解调方案主要分为匹配滤波解调和边沿滤波解调两类。其中，利用F-P滤波
器和光纤光栅的匹配滤波法解调，需要对波长进行调谐，解调速度慢，结构复杂。
而利用光纤光栅透射谱的边沿滤波解调它是利用长周期光纤光栅透射谱的准线
性区进行解调。但是，长周期光栅对环境比较敏感，与传感用的布拉格光纤光栅均匀光纤光
栅的环境特性不一致，不宜采用。 由于上述光纤光栅传感解调方法的不足，为了发挥光纤光栅传感优势，利用三角 形谱光纤光栅对环境敏感程度低、稳定性高并且与传感光纤光栅匹配等优点，提出一种新 的光纤光栅传感解调技术显得尤为重要，设计了基于三角形谱光纤光栅的传感波长解调 器。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，利用三角形谱光纤光栅 传感解调的优点，提出基于三角形谱光纤光栅的传感波长解调器。[0010]本实用新型的技术方案 —种基于三角形谱光纤光栅的传感波长解调器，该传感波长解调器的宽带光源接
第一三端口光环形器的第一端口 ，第一三端口光环形器的第二端口接布拉格光纤光栅的一
端；第一三端口光环形器的第三端口接三角形谱光纤光栅的一端，三角形谱光纤光栅的另 一端与光电探测器连接。 光电探测器检测经过三角形谱光纤光栅透过来的光功率；光电探测器检测输出光
强的变化量得到波长漂移量，实现传感解调；三角形谱光纤光栅和布拉格光纤光栅均具有
相同的温度灵敏度，外界温度的变化引起的波长漂移特性一致，实现温度补偿。 所述的第一三端口光环形器的第三端口接第二三端口光环行器的第一端口 ，第
二三端口光环行器的第二端口接三角形谱光纤光栅的一端，第二三端口光环行器的第三端
口与光电探测器连接； 光电探测器检测经过三角形谱光纤光栅反射过来的光功率。 第一三端口光环形器由三端口耦合器取代，三端口耦合器的第一端口接宽带光 源，三端口耦合器的第二端口接三角形谱光纤光栅的一端，三角形谱光纤光栅的另一端与 光电探测器连接，三端口耦合器的第三端口接布拉格光纤光栅的一端； 光电探测器检测经过三角形谱光纤光栅透过来的光功率。 第一三端口光环形器由四端口光环形器取代，四端口光环形器的第一端口接宽带 光源，四端口光环形器的第二端口接布拉格光纤光栅的一端，四端口光环形器的第三端口 接三角形谱光纤光栅的一端，四端口光环形器的第四端口与光电探测器连接； 光电探测器检测经过三角形谱光纤光栅反射过来的光功率。 本实用新型的有益效果 采用三角形谱光纤光栅与长周期光栅相比，具有比较稳定的性能，并且三角形谱 光纤光栅与传感用的光纤光栅的环境特性一致，可以有效的分离光纤光栅的温度与应变特 性。 采用三角形谱光纤光栅作为线性边带滤波器进行解调，由于光纤布拉格光栅和三 角形谱光纤光栅具有相同的温度灵敏度，外界温度的变化引起的波长漂移特性一致，可以 实现温度补偿。利用三角形谱光纤光栅进行边沿滤波解调，结构简单，简便可靠，体积小，成 本低；在采用光纤布拉格光栅作为传感器的系统中，使用三角形谱光纤光栅对其进行解调， 由于光纤布拉格光栅和三角形谱光纤光栅对于温度的改变是同向的，两者相互抵消，这就 使得该系统能够免除温度的干扰。 三角形光栅的反射率随入射光的波长变化，呈线性的关系。利用这个特性，可以有
效的将入射光波长的变化情况转换为光功率的变化，从而实现斜边滤波器的功能。
由于三角形谱光纤光栅对温度和应变同时敏感，即温度和应变同时会引起布拉格
波长的变化，因此通过检测光纤光栅的波长，无法对温度和应变加以区分。而温度补偿法可
以将温度引起的波长的漂移剔除掉，从而使得应变测量不受环境温度的影响。
图1采用三端口光环行器的基于三角形谱光纤光栅的传感波长解调器的示意图。 图2采用两个三端口光环行器的基于三角形谱光纤光栅的传感波长解调器的示
4意图。 图3采用三端口耦合器的基于三角形谱光纤光栅的传感波长解调器的示意图。 图4采用四端口光环形器的基于三角形谱光纤光栅的传感波长解调器的示意图。 图5波长与反射率呈递增关系且带宽为30nm的三角形谱光纤光栅反射谱图。 图6波长与反射率呈递减关系且带宽为30nm的三角形谱光纤光栅反射谱图。 图7波长与反射率呈递增关系且带宽为90nm的三角形谱光纤光栅反射谱图。 图8波长与反射率呈递减关系且带宽为3nm的三角形谱光纤光栅反射谱图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。 实施例一 —种基于三角形谱光纤光栅的传感波长解调器，如图1和图5所示。 该传感波长解调器包括宽带光源1、第一三端口光环形器2、布拉格光纤光栅31、
三角形谱光纤光栅32、光电探测器4 ;其构成的器件之间的连接为 宽带光源1接第一三端口光环形器的第一端口 21，第一三端口光环形器的第二端
口 22接布拉格光纤光栅31的一端，第一三端口光环形器的第三端口 23接三角形谱光纤光
栅32的一端，三角形谱光纤光栅32的另一端口与光电探测器4连接。 光电探测器4检测经过三角形谱光纤光栅32透过来的光功率；三角形谱光纤光栅
32和布拉格光纤光栅31均具有相同的温度灵敏度，外界温度的变化引起的波长漂移特性
一致，实现温度补偿。 布拉格光纤光栅31的反射峰位于三角形谱光纤光栅32反射峰的短波长侧，外界
被传感的物理量作用在布拉格光纤光栅31时，布拉格光纤光栅31的反射波长向长波长方
向移动，使布拉格光纤光栅31反射回来的能量进入三角形谱光纤光栅32，部分能量透过三
角形谱光纤光栅32进入光电探测器4，由于三角形谱光纤光栅32的透射率随着波长的增加
逐渐减少，因此透过三角形谱光纤光栅32进入光电探测器4的能量减少；光电探测器4检
测输出光强的变化量得到波长漂移量，实现传感解调。 本实施例所述的三角形谱光纤光栅32反射峰的波长1540nm。 三角形谱光纤光栅32斜边所占的带宽为三角形谱光纤光栅32的带宽，带宽的中
点定义为长波长侧与短波长侧的分界线。波长大于带宽中点的波长为长波长侧，波长小于
带宽中点的波长为短波长侧。 实施例二 基于三角形谱光纤光栅的传感波长解调器，该波长解调器是采用第一三端口光环 行器2、第三三端口光环行器5和三角形谱光纤光栅32的传感波长解调方案，如图2和图 6。 宽带光源1接第一三端口光环形器的第一端口 21，第一三端口光环形器的第二端 口 22接布拉格光纤光栅31的一端；第一三端口光环形器的第三端口 23接第二三端口光环 行器的第一端口 51 ，第二三端口光环行器的第二端口 52接三角形谱光纤光栅32的一端，第 二三端口光环行器的第三端口 53与光电探测器4连接。 光纤布拉格光栅31的反射峰位于三角形谱光纤光栅32反射峰的长波长侧，外界被传感的物理量作用在光纤布拉格光栅31时，光纤布拉格光栅31的反射波长向长波长方
向移动，使光纤布拉格光栅31反射回来的能量进入三角形谱光纤光栅32，三角形谱光纤光
栅32反射回来的能量进入光电探测器4，由于三角形谱光纤光栅32的反射率随着波长的增
加逐渐减少，因此三角形谱光纤光栅32反射回来进入光电探测器4的能量减少；光电探测
器4检测输出光强的变化量得到波长漂移量，实现传感解调。 本实施例所述的三角形谱光纤光栅32反射峰的波长1553nm。 三角形谱光纤光栅32斜边所占的带宽为三角形谱光纤光栅32的带宽，带宽的中
点定义为长波长侧与短波长侧的分界线。波长大于带宽中点的波长为长波长侧，波长小于
带宽中点的波长为短波长侧。 实施例三 基于三角形谱光纤光栅的传感波长解调器，该波长解调器是采用三端口耦合器6 和三角形谱光纤光栅32的传感波长解调方案，见图3和图7。 三端口耦合器的第一端口 61接宽带光源1 ，三端口耦合器的第二端口 62接三角形 谱光纤光栅32的一端，三角形谱光纤光栅32的另一端与光电探测器4连接，三端口耦合器 的第三端口 63接传感的光纤布拉格光栅31的一端。 光纤布拉格光栅31的反射峰位于三角形谱光纤光栅32反射峰的短波长侧，外界
被传感的物理量作用在光纤布拉格光栅31时，光纤布拉格光栅31的反射波长向长波长方
向移动，使光纤布拉格光栅31反射回来的能量进入三角形谱光纤光栅32，部分能量透过三
角形谱光纤光栅32进入光电探测器4，由于三角形谱光纤光栅32的透射率随着波长的增加
逐渐减少，因此透过三角形谱光纤光栅32进入光电探测器4的能量减少；光电探测器4检
测输出光强的变化量得到波长漂移量，实现传感解调。本实施例所述的三角形谱光纤光栅32反射峰的波长1550nm。 三角形谱光纤光栅32斜边所占的带宽为三角形谱光纤光栅32的带宽，带宽的中
点定义为长波长侧与短波长侧的分界线。波长大于带宽中点的波长为长波长侧，波长小于
带宽中点的波长为短波长侧。 实施例四 基于三角形谱光纤光栅的传感波长解调器，该波长解调器是采用采用四端口光环 形器7和三角形谱光纤光栅32的传感波长解调方案，见图4和图8。 四端口光环形器的第一端口 71接宽带光源1 ，四端口光环形器的第二端口 72接传 感的光纤布拉格光栅31的一端，四端口光环形器的第三端口 73接三角形谱光纤光栅32的 一端，四端口光环形器的第四端口 24与光电探测器4连接。 光纤布拉格光栅31的反射峰位于三角形谱光纤光栅32反射峰的长波长侧，外界
被传感的物理量作用在光纤布拉格光栅31时，光纤布拉格光栅31的反射波长向长波长方
向移动，使光纤布拉格光栅31反射回来的能量进入三角形谱光纤光栅32，三角形谱光纤光
栅32反射回来的能量进入光电探测器4，由于三角形谱光纤光栅32的反射率随着波长的增
加逐渐减少，因此三角形谱光纤光栅32反射回来进入光电探测器4的能量减少；光电探测
器4检测输出光强的变化量得到波长漂移量，实现传感解调。 本实施例所述的三角形谱光纤光栅32反射峰的波长1551nm。 三角形谱光纤光栅32斜边所占的带宽为三角形谱光纤光栅32的带宽，带宽的中
6点定义为长波长侧与短波长侧的分界线。波长大于带宽中点的波长为长波长侧，波长小于
带宽中点的波长为短波长侧。 实施例五 —种基于三角形谱光纤光栅的传感波长解调器，如图1和图5所示。 该传感波长解调器包括宽带光源1、第一三端口光环形器2、布拉格光纤光栅31、
三角形谱光纤光栅32、光电探测器4 ;其构成的器件之间的连接为 宽带光源1接第一三端口光环形器的第一端口 21，第一三端口光环形器的第二端
口 22接布拉格光纤光栅31的一端，第一三端口光环形器的第三端口 23接三角形谱光纤光
栅32的一端，三角形谱光纤光栅32的另一端口与光电探测器4连接。 光电探测器4检测经过三角形谱光纤光栅32透过来的光功率；三角形谱光纤光栅
32和布拉格光纤光栅31均具有相同的温度灵敏度，外界温度的变化引起的波长漂移特性
一致，实现温度补偿。 布拉格光纤光栅31的反射峰位于三角形谱光纤光栅32反射峰的长波长侧，外界
被传感的物理量作用在布拉格光纤光栅31时，布拉格光纤光栅31的反射波长向短波长方
向移动，使布拉格光纤光栅31反射回来的能量进入三角形谱光纤光栅32，部分能量透过三
角形谱光纤光栅32进入光电探测器4，由于三角形谱光纤光栅32的透射率随着波长的增加
逐渐减少，因此透过三角形谱光纤光栅32进入光电探测器4的能量增加；光电探测器4检
测输出光强的变化量得到波长漂移量，实现传感解调。 本实施例所述的三角形谱光纤光栅32反射峰的波长1556nm。 三角形谱光纤光栅32斜边所占的带宽为三角形谱光纤光栅32的带宽，带宽的中
点定义为长波长侧与短波长侧的分界线。波长大于带宽中点的波长为长波长侧，波长小于
带宽中点的波长为短波长侧。 本实用新型所使用的器件均为市售器件。三角形谱光纤光栅32带宽范围为0. 5 100nm。
权利要求一种基于三角形谱光纤光栅的传感波长解调器，该传感波长解调器的宽带光源(1)接第一三端口光环形器的第一端口(21)，第一三端口光环形器的第二端口(22)接布拉格光纤光栅(31)的一端；第一三端口光环形器的第三端口(23)接光纤光栅的一端，光纤光栅的另一端口与光电探测器(4)连接；其特征在于第一三端口光环形器的第三端口(23)和光电探测器(4)之间连接的光纤光栅为三角形谱光纤光栅(32)；光电探测器(4)检测经过三角形谱光纤光栅(32)透过来的光功率；光电探测器(4)检测输出光强的变化量得到波长漂移量，实现传感解调；三角形谱光纤光栅(32)和布拉格光纤光栅(31)均具有相同的温度灵敏度，外界温度的变化引起的波长漂移特性一致。
2. 根据权利要求1所述的一种基于三角形谱光纤光栅的传感波长解调器，其特征在 于所述的第一三端口光环形器的第三端口 (23)接第二三端口光环行器(5)的第一端口 (51)，第二三端口光环行器的第二端口 (52)接三角形谱光纤光栅(32)的一端，第二三端口 光环行器(5)的第三端口 (53)与光电探测器(4)连接；光电探测器(4)检测经过三角形谱光纤光栅(32)反射过来的光功率。
3. 根据权利要求1所述的一种基于三角形谱光纤光栅的传感波长解调器，其特征在 于第一三端口光环形器(2)由三端口耦合器(6)取代，三端口耦合器的第一端口 (61)接 宽带光源(l)，三端口耦合器的第二端口 (62)接三角形谱光纤光栅(32)的一端，三角形谱 光纤光栅(32)的另一端与光电探测器(4)连接，三端口耦合器的第三端口 (63)接布拉格 光纤光栅(31)的一端；光电探测器(4)检测经过三角形谱光纤光栅(32)透过来的光功率。
4. 根据权利要求1所述的一种基于三角形谱光纤光栅的传感波长解调器，其特征在 于第一三端口光环形器(2)由四端口光环形器(7)取代，四端口光环形器的第一端口 (71)接宽带光源(l)，四端口光环形器的第二端口 (72)接布拉格光纤光栅(31)的一端，四 端口光环形器的第三端口 (73)接三角形谱光纤光栅(32)的一端，四端口光环形器的第四 端口 (74)与光电探测器(4)连接；光电探测器(4)检测经过三角形谱光纤光栅(32)反射过来的光功率。
专利摘要本实用新型公开了一种基于三角形谱光纤光栅的传感波长解调器，适用于光纤通信、光纤传感、交通信息工程及控制技术等领域。其宽带光源(1)接第一三端口光环形器的第一端口(21)，第一三端口光环形器的第二端口(22)接布拉格光纤光栅(31)的一端；第一三端口光环形器的第三端口(23)接三角形谱光纤光栅(32)的一端，三角形谱光纤光栅的另一端与光电探测器(4)连接。光电探测器检测经过三角形谱光纤光栅透过来的光功率，实现斜边滤波器的功能；光电探测器检测输出光强的变化量得到波长漂移量，实现传感解调；三角形谱光纤光栅和布拉格光纤光栅均具有相同的温度灵敏度，有效解决了传感系统中温度与应变交叉敏感问题。
文档编号G02F2/00GK201477337SQ200920172889
公开日2010年5月19日 申请日期2009年8月20日 优先权日2009年8月20日
发明者周倩, 宁提纲, 李晶, 胡旭东, 裴丽, 谭中伟 申请人:北京交通大学