专利名称：光纤传感系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学行业激光器技术领域,尤其涉及一种应用分布反馈(distributedfeedback,简称DFB)光纤激光器的光纤传感系统。
背景技术：
相比于普通布拉格光纤光栅(fiber Bragg grating)激光器，DFB光纤激光器用于传感器时具有结构简单、抗电磁干扰、与光纤元件兼容、易于波分复用、窄线宽、高功率、低噪声等独特优势，在石油/矿藏勘探、水下物监测、周界安全等领域取得了广泛的应用。DFB光纤激光器在传感应用中，经常通过传输光纤进行长距离的泵浦，因此，DFB 光纤激光器将不可避免的面临传输光纤中的瑞利散射。光纤中的瑞利散射光虽然较弱，但却可能对DFB光纤激光器的稳定性产生较大的影响。图I为现有技术光纤传感系统中DFB光纤激光器瑞利散射光产生的不意图。如图I所示，由于光纤制造过程中折射率在比波长小的尺寸上发生随机变化而引起瑞利散射，在短距离传感中，瑞利散射光较弱，不会对激光器形成影响；在长距离传感中，瑞利散射光显著增强，严重影响激光器的性能，如频率跳变，噪声升高等。这时若将DFB光纤激光器用于传感信号，将会得到很多“伪信号”，对目标形成误判，从而导致光纤传感系统失灵。目前，已有的在应用DFB光纤激光器的光纤传感系统中抗瑞利散射光的方法主要是调整光路结构，如在光路中引入弯曲损耗、隔离器、偏振态控制等方法。这些方法都有一定的局限，如使光路复杂、需要提高泵浦功率等。
发明内容
(一 )要解决的技术问题为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种应用DFB光纤激光器的光纤传感系统，以在不増加光路复杂度和泵浦功率的情况下，提高光纤传感系统抗瑞利散射光的能力。( ニ)技术方案根据本发明的ー个方面，提供了ー种光纤传感系统，包括泵浦激光源，用于产生泵浦激光；波分复用器，其正向输入端连接至半导体激光器，其反向输入端连接至DFB光纤激光器，用于将泵浦激光源产生的泵浦激光传输传输至DFB光纤激光器，并将DFB光纤激光器受激产生的信号激光传输给解调系统；DFB光纤激光器，其前端连接至作为同一端ロ的波分复用器的正向输出端和反向输入端，其后端通过传输光纤连接至下ー级DFB光纤激光器，包括有源相移光纤，位于靠近波分复用器的ー侧，用于利用泵浦激光泵浦与该DFB光纤激光器周围环境物理量相关的信号激光，并将该信号激光反向传输至波分复用器；反射光纤光栅，位于靠近传输光纤的ー侧，用于反射由传输光纤产生的瑞利散射光；解调系统，与波分复用器的反向输出端相连接，用于从信号激光中解调出DFB光纤激光器的周围环境物理量。
(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本发明应用DFB光纤激光器的光纤传感系统通过在普通光纤激光器一端加高反射光纤光栅，提高了 DFB光纤激光器自身抗瑞利散射光的能力，不需要对光路进行改造，不需要提高泵浦功率，从而成本低、结构简单，易于实现和推广。
图I为现有技术光纤传感系统中DFB光纤激光器瑞利散射光产生的不意图；图2为本发明实施例光纤传感系统的结构示意图；图3为本发明实施例光纤传感系统中DFB光纤激光器的结构不意图。主要元件符号说明I-半导体激光器；2-波分复用器；3-DFB光纤激光器；4-传输光纤；5-解调系统。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。且在附图中，以简化或是方便标示。再者，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种应用DFB光纤激光器的光纤传感系统。如图2所示，该光纤传感系统包括泵浦激光源1，用于产生泵浦激光；波分复用器2，其正向输入端连接至半导体激光器，其反向输入端连接至DFB光纤激光器3，用于将泵浦激光源I产生的泵浦激光传输给DFB光纤激光器，并将DFB光纤激光器受激产生的信号激光传输给解调系统；DFB光纤激光器3,其前端连接至作为同一端口的波分复用器2的正向输出端和反向输入端，其后端通过传输光纤4连接至下一级DFB光纤激光器。如图3所不，DFB光纤激光器3包括有源相移光纤，位于靠近波分复用器2的一侧，用于利用泵浦激光泵浦与该DFB光纤激光器3周围环境物理量相关的信号激光，并将该信号激光反向传输至波分复用器2 ;高反射光纤光栅，位于靠近传输光纤4的一侧，用于反射由传输光纤4产生的瑞利散射光；解调系统5，与波分复用器2的反向输出端相连接，用于由信号激光中解调出DFB光纤激光器3的周围环境物理量。本实施例中，在DFB光纤激光器面临光反射的那端外加高反射光纤光栅，减少附加光栅端光反射进入有源相移光纤谐振腔内的强度，提高了 DFB光纤激光器本身抗瑞利散射光的能力，不需要对光路进行改造，不需要提高泵浦功率，从而成本低、结构简单，易于实现和推广。为了实现抗瑞利散射的目的，在本发明优选的实施例中，该DFB光纤激光器3的长度为36 44mm ;高反射光纤光栅的长度为10 15mm,反射率大于90%,优选地为大于99. 9%。
为了制备本实施例的DFB光纤激光器3，首先，在有源光纤上写制一段普通的光纤激光器，即相移光纤光栅；然后，通过添加挡板将这段光纤挡住，在其一端写制一段反射率高的光纤光柵。当然，本发明并不以此种方法制备的DFB光纤激光器为限。为了控制整套系统的成本，泵浦激光源采用半导体激光器，而泵浦激光采用波长为980nm的泵浦激光，采用波长为1550nm的信号激光，而波分复用器、半导体激光器和DFB光纤激光器3与该泵浦激光和信号激光相匹配。当然，也可以采用波长为1480nm的泵浦激光，同时采用波长为1550nm的信号激光，此时，也需要采用相应的波分复用器2、半导体激光器和DFB光纤激光器3。众所周知，光纤传感系统还可以包括由传输光纤串联的N-I个次级DFB光纤激光器，其中N > 2。该N级DFB光纤激光器中的第I级光纤激光器与第1+1级光纤激光器通过第I段传输光纤相连接。该第I级光纤激光器包括有源相移光纤，位于靠近第I-I级光纤激光器的ー侧，用于利用泵浦激光产生与该第I级DFB光纤激光器周围环境物理量相关的第I级信号激光，并将该第I级信号激光传输至波分复用器2 ;高反射光纤光栅，位于靠近第I段传输光纤的ー侧，用于反射由第I段传输光纤产生的瑞利散射光。解调系统5,用于 由第I级信号激光中解调出第I级DFB光纤激光器周围环境物理量。其中，环境物理量为压强、温度或其他物理量。通过对采用普通光纤激光器的光纤传感系统和本发明的光纤传感系统开展实验，对比了两者抗瑞利散射光的能力。当传输光纤的长度为30m时，采用普通光纤激光器的光纤传感系统的频率发生跳变，稳定性恶化；而本发明的光纤传感系统仍保持单频的特性。当传输光纤的长度为IOOm时，本发明的光纤传感系统的稳定性良好，仍能正确传感信号。需要说明的是，上述对各元件的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构或形状，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进ー步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种光纤传感系统，包括 泵浦激光源(I)，用于产生泵浦激光； 波分复用器(2)，其正向输入端连接至所述泵浦激光源(I)，反向输入端连接至DFB光纤激光器(3)，用于将泵浦激光源(I)产生的泵浦激光传输给DFB光纤激光器(3)，并将DFB光纤激光器(3)受激产生的信号激光传输给解调系统(5)； DFB光纤激光器(3)，其前端连接至作为同一端口的所述波分复用器(2)的正向输出端和反向输入端，其后端通过传输光纤(4)连接至下一级DFB光纤激光器，包括 有源相移光纤，位于靠近所述波分复用器(2)的一侧，用于利用泵浦激光泵浦产生与该DFB光纤激光器周围环境物理量相关的信号激光，并将该信号激光反向传输至所述波分复用器⑵； 反射光纤光栅，位于靠近所述传输光纤(4)的一侧，用于反射由所述传输光纤(4)产生的瑞利散射光； 解调系统(5)，与所述波分复用器(2)的反向输出端相连接，用于从所述信号激光中解调出DFB光纤激光器的周围环境物理量。
2.根据权利要求I所述的光纤传感系统，其中，所述反射光纤光栅的反射率大于90%。
3.根据权利要求2所述的光纤传感系统,其中，所述反射光纤光栅的反射率大于99. 9%。
4.根据权利要求I所述的光纤传感系统，其中，所述DFB光纤激光器(3)的长度介于36 44mm之间；所述反射光纤光栅的长度介于10 15mm之间。
5.根据权利要求I所述的光纤传感系统，其中，所述泵浦激光的波长为980nm或1480nm，所述信号激光的波长为1550nm。
6.根据权利要求5所述的光纤传感系统，其中，所述泵浦激光源(I)为半导体激光器。
7.根据权利要求I至6中任一项所述的光纤传感系统,还包括由传输光纤串联的N-I个次级DFB光纤激光器，其中N > 2 ; 对于该N-I个次级DFB光纤激光器中的第I级光纤激光器，其与第1+1级光纤激光器通过第I段传输光纤相连接，包括 有源相移光纤，位于靠近第i-ι级光纤激光器的一侧，用于利用所述泵浦激光产生与该第I级DFB光纤激光器周围环境物理量相关的第I级信号激光，并将该第I级信号激光传输至波分复用器； 高反射光纤光栅，位于靠近第I段传输光纤的一侧，用于反射由第I段传输光纤产生的瑞利散射光； 所述解调系统，用于由所述第I级信号激光中解调出第I级DFB光纤激光器周围环境物理量。
8.根据权利要求I至6中任一项所述的光纤传感系统，其中，所述环境物理量为压强或温度。
全文摘要
本发明提供了一种光纤传感系统，包括泵浦激光源，用于产生泵浦激光；波分复用器，用于传输泵浦激光和信号激光；DFB光纤激光器，包括有源相移光纤，位于靠近波分复用器的一侧，用于利用泵浦激光泵浦产生与该DFB光纤激光器周围环境物理量相关的信号激光，并将该信号激光反向传输至波分复用器，反射光纤光栅，位于靠近传输光纤的一侧，用于反射由传输光纤产生的瑞利散射光；解调系统，与波分复用器的反向输出端相连接，用于从信号激光中解调出DFB光纤激光器的周围环境物理量。本发明可以在不增加光路复杂度和泵浦功率的情况下，提高光纤传感系统抗瑞利散射光的能力。
文档编号G01D5/26GK102818582SQ201210270038
公开日2012年12月12日 申请日期2012年7月31日 优先权日2012年7月31日
发明者任梅珍, 徐团伟, 李芳 , 刘育梁 申请人:中国科学院半导体研究所