专利名称：一种全光纤化的分光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学分光装置，特别涉及一种分布式光纤温度传感系统中的全光纤化的分光装置。
背景技术：
分布式光纤温度传感系统(DTS)是一种新兴的线型火灾探测系统，在公路交通隧道、高压电缆沟、输煤皮带、石化化工等领域有较广泛应用。该系统不仅可以实时测量温度的大小，而且可以精确定位火灾位置，具有测量距离长、无测量盲区、抗电磁干扰、适合易燃易爆等恶劣环境下工作等优点。DTS的测量原理为自发拉曼散射效应和光时域反射技术。激光脉冲在光纤中传输， 激光与光纤相互作用，绝大部分激光都往前传输，只有非常小的一部分光产生背向散射。对于DTS系统，背向散射光主要有三个波段，分别为与入射光波长一样的瑞利光(λ^、温度不敏感的斯托克斯光Us)和温度敏感的反斯托克斯光ua)。利用分光装置，分离出温度敏感的反斯托克光和温度不敏感的斯托克斯光，并利用光电探测器探测，根据两者光强之比即可获得沿光纤分布的温度值。中国专利ZL200820154032. 7公开了一种分布式光纤温度传感装置，该装置利用反斯托克斯透镜和斯托克斯透镜分离出光纤拉曼散射信号，是一种基于光学元件的空间分光光路结构，光路复杂，对光路调试要求精度高，可靠性低。中国专利ZL201010133585. 6公开了一种嵌入光开关的分布式光纤拉曼温度传感器，入射激光经1X 3光纤双向耦合器的第一输出端入射到测温光纤上，光纤各点返回的信号经1X3光纤双向耦合器的第二输出端和第三输出端后，分别经过第一滤光片和第二滤光片，分别分离出反斯托克斯光和斯托克斯光。该装置光路损耗较大，不利于光纤拉曼散射信号的探测。
发明内容
为了解决现有技术中的上述不足，本发明提供了一种结构简单、可靠性高的全光纤化的分光装置。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种全光纤化的分光装置，包括光纤光栅和光纤波分复用器，两者之间的位置关系为光纤光栅和光纤波分复用器的输入端相连，光纤光栅把入射的光信号Si分离为具有第一部分波长的反射光信号S2和具有第二部分波长和第三部分波长的透射光S3 ；光纤波分复用器把所述的透射光S3分离为具有第二部分波长的透射光S4和具有第三部分波长的透射光S5。所述的光纤光栅的中心反射波长为第一部分波长。所述的光纤波分复用器为1X2熔融拉锥型波分复用器，两个输出端分离波长分别为第二部分波长和第三部分波长。
光纤光栅是一种波长选择器件，它利用UV光在光纤纤芯上形成折射率周期调制的结构，通过折射率调制深度和周期的设计，能实现特定波长的反射，反射率可达95 %以上。作为一种全光纤化的器件，易于批量生产，与传感系统兼容性好。如果需要进一步减小特定波长的透过率，可级联多个中心反射波长相同的光纤光栅。熔融拉锥型光纤波分复用器可以实现两个波长的信号光分离，隔离度可达30dB。 若需要进一步提高隔离度，光纤波分复用器的输出端可再级联一个以上的相同的光纤波分复用器，或者再级联一个以上的光纤光栅。本发明的有益效果本发明基于光纤光栅滤波和熔融拉锥型光纤波分复用器的分光原理，提供一种结构简单的全光纤化的分光装置，实现第一部分波长、第二部分波长和第三部分波长的分离。光纤光栅和熔融拉锥型光纤波分复用器均为常见通信器件，制作工艺成熟，成本低，并且为全光纤化器件，无需胶水封装，长期可靠性高。
图1是本发明的一种全光纤化的分光装置；图2是本发明的一种提高第一部分波长隔离度的全光纤化的分光装置；图3是本发明的另一种提高第一部分波长隔离度的全光纤化的分光装置；图4是本发明的一种提高第三部分波长隔离度的全光纤化的分光装置。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详尽描述。实施例1 如图1所示，一种全光纤化的分光装置，包括光纤光栅1和光纤波分复用器2，其中波分复用器2为1X2结构，包括一个输入端21和两个输出端22及23，所述的光纤光栅1 与波分复用器2的输入端21相连。该分光装置用于分布式光纤拉曼传感系统背向散射光Sl的分离，散射光Sl为包含瑞利散射光、反斯托克斯光和斯托克斯光等三个波长的复合光。所述的光纤光栅1的中心波长为瑞利散射光，栅区长度12mm，反射率大于95% ；所述的光纤波分复用器为熔融拉锥型，分离波长为反斯托克斯光和斯托克斯光。散射光Sl入射到所述的光纤光栅1后，瑞利散射光发生反射，包含有反斯托克斯光和斯托克斯光的复合光S3发生透射；所述的S3经光纤波分复用器2的输入端21入射，反斯托克斯光透射光S4和斯托克斯光透射光S5分别从所述的波分复用器的输出端22和23出射，从而实现光纤背向散射光中温度敏感信号和温度不敏感信号的分离。实施例2 如图2所示，一种提高第一部分波长隔离度的全光纤化的分光装置，包括第一光纤光栅1，第二光纤光栅3和光纤波分复用器2，他们的位置关系为第一光纤光栅1与第二光纤光栅3相连，第二光纤光栅3与光纤波分复用器2的输入端21相连。所述的第一光纤光栅1与第二光纤光栅3的中心波长均为第一部分波长；所述的光纤波分复用器为熔融拉锥型，分离波长为第二部分波长和第三部分波长。本实例中分光装置用于高精度的分布式拉曼测温系统的背向散射光Sl的分离，
4由于瑞利散射信号S2比反斯托克斯光信号S4和斯托克斯光信号S5大两个数量级，普通的光纤光栅只能实现15dB左右的隔离度，为提高第一部分波长的隔离度，需要多个中心反射波长相同的光纤光栅级联。本实例中采用第一光纤光栅1和第二光纤光栅3级联的方式， 对所述瑞利散射光S2的隔离度可达30dB以上，满足高精度分布式测量需求。实施例3 如图3所示，一种提高第一部分波长隔离度的全光纤化的分光装置，包括第一光纤光栅1，第二光纤光栅3和光纤波分复用器2，他们的位置关系为第一光纤光栅1与光纤波分复用器2的输入端21相连，所述光纤波分复用器2的输出端22与第二光纤光栅3相连。所述的第一光纤光栅1与第二光纤光栅3的中心波长均为第一部分波长；所述的光纤波分复用器为熔融拉锥型，分离波长为第二部分波长和第三部分波长。本实施例中，第二光纤光栅3直径与光纤波分复用器2的输出端22相连，所述光纤光栅3的中心波长为第一部分波长，可进一步减小波分复用器2混入的第一部分波长的散射光，提高对所述瑞利散射光S2的隔离度。实施例4 如图4所示，一种提高第三部分波长隔离度的全光纤化的分光装置，包括光纤光栅1，第一光纤波分复用器2和第二光纤波分复用器4，他们的位置关系为光纤光栅1与第一光纤波分复用器2的输入端21相连，所述第一光纤波分复用器2的输出端22与第二光纤波分复用器4的输入端41相连。所述的光纤光栅1的中心波长为第一部分波长；所述的第一光纤波分复用器2和第二光纤波分复用器4均为熔融拉锥型，分离波长为第二部分波长和第三部分波长。本实例中，第二光纤波分复用器4用于提高第三部分波长的隔离度。典型的熔融拉锥型波分复用器两个输出端的串扰为15 25dB，如果第三部分波长的信号比较强(对于分布式光纤测温系统，斯托克斯光散射光的信号强度比反斯托克斯光的信号强度大8倍左右)，则会存在小部分第三波长的透射光S5混入第一光纤波分复用器2的输出端22上，通过在所述输出端22上再级联一个第二光纤波分复用器4，则混入的小部分第三波长的透射光S5会通过第二波分复用器4的输出端43输出，而第二部分波长的透射光S4则从第二波分复用器4的输出端42出射，大大减小第三部分波长透射光S5，提高对所述第三部分波长透射光S5的隔离度。
权利要求
1.一种全光纤化的分光装置，包括光纤光栅和光纤波分复用器，其特征在于所述的光纤光栅和光纤波分复用器的位置关系为光纤光栅和光纤波分复用器的输入端相连，光纤光栅把入射的光信号Si分离为具有第一部分波长的反射光信号S2和具有第二部分波长和第三部分波长的透射光S3 ；光纤波分复用器把所述的透射光S3分离为具有第二部分波长的透射光S4和具有第三部分波长的透射光S5。
2.根据权利要求1所述的全光纤化的分光装置，其特征在于所述的光纤光栅的中心反射波长为第一部分波长。
3.根据权利要求1所述的全光纤化的分光装置，其特征在于所述的光纤波分复用器为 1X 2熔融拉锥型波分复用器，两个输出端分离波长分别为第二部分波长和第三部分波长。
4.根据权利要求1所述的全光纤化的分光装置，其特征在于所述的光纤光栅为两个以上中心反射波长相同的光纤光栅的级联。
5.根据权利要求1所述的全光纤化的分光装置，其特征在于所述的光纤波分复用器的输出端可再级联一个以上的光纤波分复用器或者光纤光栅。
6.根据权利要求1所述的全光纤化的分光装置，其特征在于所述的第一部分波长为瑞利散射光波长，第二部分波长和第三部分波长分别为反斯托克斯波长和斯托克斯波长。
全文摘要
本发明公开了一种全光纤化的分光装置，包括光纤光栅和光纤波分复用器，其位置关系为光纤光栅和光纤波分复用器的输入端相连，光纤光栅把入射的光信号S1分离为具有第一部分波长的反射光信号S2和具有第二部分波长和第三部分波长的透射光S3；光纤波分复用器把所述的透射光S3分离为具有第二部分波长的透射光S4和具有第三部分波长的透射光S5。本发明基于常见通信器件，制作工艺成熟，成本低，并且为全光纤化器件，长期可靠性高。
文档编号G02B6/34GK102253454SQ20111008768
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月7日 优先权日2011年4月7日
发明者丘栋荣, 卢海洋, 肖棽柏, 蒋俊 申请人:杭州山旭光电有限公司