一种解调非本征型光纤法布里珀罗腔长的方法
【专利摘要】本发明公开了一种解调非本征型光纤法布里-珀罗腔长的方法，包括以下几个步骤：步骤一：通过光功率计测量入射至F-P腔的原始光强值；步骤二：通过光功率计测量从F-P腔反射回的光强值；步骤三：将测量得到的入射及反射光强值代入腔长表达式；步骤四：利用多波长强度解调法得到F-P腔的腔长解；本发明的解调方法可以扩大光纤法布里-珀罗腔腔长的解调范围。本发明的解调方法较传统的光纤法布里-珀罗腔光强解调法更准确，测量精度可以达到0.1um。本发明的测量系统装置简单，易于操作，且测量数据准确。
【专利说明】一种解调非本征型光纤法布里珀罗腔长的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光纤传感器应用领域，具体而言提出了一种利用从光纤非本征型法布里-珀罗(EFPI)腔反射回的光强信号解调F-P腔长的新方法。
【背景技术】
[0002]随着现代测量技术的发展，光纤传感器越来越受到人们的重视。光纤法布里-珀罗(F-P)传感器相对于其他光纤传感器具有测量精度高、响应频带宽、微型、抗强电磁干扰、便于遥测等优点，因而多用于高温、易燃易爆、强电磁干扰等恶劣环境。光纤法珀传感系统主要包含两个部分，用于感知外界信息的光纤法珀压力传感器和信号解调系统，二者各自的性能及联合使用的配合程度直接影响着传感系统的性能，因此高精度光纤法珀传感器技术和可靠稳定的高速信号解调技术都得到较大关注。
[0003]对于位移、温度、压力、应力、应变、电压、电场、磁场、振动和折射率等物理量测量的光纤法布里-珀罗传感器绝大部分通过对法布里-珀罗腔腔长的解调实现。为实现光纤法布里-珀罗传感器的腔长解调，各种解调方案相继被提出，常见的解调方法分为相位解调法和强度解调法。
[0004]相位解调法受量化误差和环境影响小，解调精度高，但目前用于光纤法布里-珀罗传感器腔长解调的傅里叶变换解调法基于法布里-珀罗多光束干涉满足双光束干涉近似的假设，限制了基于傅里叶变换的光纤法布里-珀罗传感器腔长解调原理的应用范围，使得该方法局限于低细度法布里-珀罗腔的腔长解调。
[0005]强度解调法一般采用单色光源，直接利用干涉输出光强求解光纤法布里-珀罗腔腔长。强度解调法实现简单、直接且成本低，是光纤法布里-珀罗传感器最常使用的方法。但是，传统的强度解调法采用单波长光源通过反射光强与腔长的关系来解调。反射光强与腔长的关系是一个类余弦函数，一个干涉输出光强值对应多个腔长解，为腔长的多值函数，通过干涉输出光强无法直接求解腔长。为满足反射光强与腔长近似线性的关系，须将光纤法布里-珀罗传感器的腔长变化限定在土 λ/8以内，使得法布里-珀罗传感器测量范围十分有限，实用价值大打折扣。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了解决上述强度解调法存在的问题，提出一种新的解调方法。当外界环境变化使得F-P腔的腔长发生改变时，该方法可以解调出F-P腔的确切腔长值，提高传统强度解调法的精确度，同时可以扩大解调范围。
[0007]一种解调非本征型光纤法布里-珀罗腔长的方法，包括以下几个步骤:
[0008]步骤一:通过光功率计测量入射至F-P腔的原始光强值；
[0009]步骤二:通过光功率计测量从F-P腔反射回的光强值；
[0010]步骤三:将测量得到的入射及反射光强值代入腔长表达式；
[0011]步骤四:利用多波长强度解调法得到F-P腔的腔长解；[0012]本发明的优点在于:
[0013](I)本发明的解调方法可以扩大光纤法布里-珀罗腔腔长的解调范围。
[0014](2)本发明的解调方法较传统的光纤法布里-珀罗腔光强解调法更准确，测量精度可以达到0.lum。
[0015](3)本发明的测量系统装置简单，易于操作，且测量数据准确。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是入射光强测试光路；
[0017]图2是反射光强测试光路；
[0018]图3是双波长下反射光强与腔长关系的仿真图；
[0019]图4是三波长下反射光强与腔长关系的仿真图；
[0020]图5是利用SM125标定F-P腔腔长的测试光路；
[0021]图6是利用SM125解调仪标定的腔长值与多波长解调法求得的腔长值对比图。
[0022]图中:
[0023]I一带单模尾纤的DFB 二极管激光器2—合波WDM 3—三端口环形器
[0024]4一光纤法布里-珀罗传感器5—分波WDM 6—光功率计
[0025]7 — SMl25解调仪8—法兰
【具体实施方式】
[0026]下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。
[0027]本发明是一种解调非本征型光纤法布里-珀罗腔长的方法，测量使用的装置包括带单模尾纤的DFB (分布式反馈激光器)二极管激光器I，合波WDM (波分复用器)2，环形器3，光纤法布里-珀罗传感器(F-P腔)4，分波WDM (波分复用器)5，光功率计6，法兰8以及SMl25解调仪7。
[0028]激光器I中包括激光器A1、激光器A2、……、激光器An ；
[0029]光功率计6中包括光功率计A1、光功率计A2、……、光功率计An ；
[0030]包括以下几个步骤:
[0031]步骤一:通过光功率计测量入射至F-P腔4的原始光强值。
[0032]如图1所示，将固定波长λ ,154011111的带单模尾纤的DFB 二极管激光器A1通过一个法兰8与三端环形器3的第一个端口相连，三端环形器3的第二个端口接入一个光功率计，测得激光器A1的光强，此时的光强即为入射至F-P腔4的原始光强值11(|。
[0033]将激光器A1从法兰8中拔出，换成固定波长λ 2=1550nm的DFB 二极管激光器A2,其余接口不变，测得激光器A2的入射光强值12(|。
[0034]将激光器A2从法兰8中拔出，换成固定波长λ 3=1570nm的激光器A3,测得激光器A3的入射光强值13。。
[0035]同理，将激光器Alri从法兰8中拔出，换成固定波长为λ η的激光器An,测得激光器An的入射光强值Intl。
[0036]DFB 二极管激光器波长的选择可从1550nm波段中选取，波长间隔IOnm~20nm不
等，可根据实际情况来选用。[0037]步骤二:通过光功率计6测量从F-P腔4反射回的光强值。
[0038]如图2所示，将激光器An从法兰8中拔出，将激光器A1、激光器A2、……、激光器An与合波WDM2相连，N个激光器发出的不同波长的光经合波WDM2耦合进同一根单模光纤中，将此光纤通过法兰8与三端环形器3的第一个端口相连，三端环形器3的第二个端口通过另一个法兰8连接F-P腔4，三端环形器3的第三个端口接入分波WDM5。
[0039]激光器A1、激光器A2、......、激光器An通过合波WDM2稱合进同一根单模光纤后，
入射到F-P腔4，经F-P腔4反射回的光强信号就包含有法珀腔的腔长信息，并通过环形器3的第三个端口输出。第三个端口与分波WDM5相连，经分波WDM5分束后的N个反射光信号分别接入光功率计A1、光功率计A2、……、光功率计K，N个光功率计分别进行监测，得到与N个入射波相对应的反射光强值I1K，Ι2Ε, Ι3Ε,……，ΙηΚ。
[0040]步骤三:将测量得到的入射及反射光强值代入腔长表达式。
[0041]由于F-P腔4端面采用低反射率，EFPI (非本征型法布里-珀罗腔)反射光强可以用式(I)表示，即双光束干涉:
【权利要求】
1.一种解调非本征型光纤法布里-珀罗腔长的方法，测量使用的装置包括激光器模块、合波WDM即合波波分复用器、环形器、光纤法布里-珀罗传感器即F-P腔、分波WDM即分波波分复用器、光功率计； 激光器模块中包括η个激光器,分别为激光器A1、激光器A2、......、激光器An ； 光功率计模块中包括η个光功率计，分别为光功率计A1、光功率计Α2、……、光功率计K; 方法包括以下几个步骤: 步骤一:通过光功率计测量入射至F-P腔的原始光强值； 将激光器A1与三端环形器的第一个端口相连，三端环形器的第二个端口接入一个光功率计，测得激光器A1的光强，此时的光强即为入射至F-P腔的原始光强值Iltl ； 将激光器A1换成激光器A2,测得激光器A2的入射光强值I2tl ； 依次更换激光器，最后测量得到激光器A1、激光器Α2、……、激光器々?的入射光强值11(|、T......T.丄 20ΛΛ InO , 步骤二:通过光功率计测量从F-P腔反射回的光强值； 将激光器A1、激光器A2、……、激光器An与合波WDM相连，N个激光器发出的不同波长的光经合波WDM稱合进同一根单模光纤中，将光纤与三端环形器的第一个端口相连，三端环形器的第二个端口连接F-P腔，三端环形器的第三个端口接入分波WDM，分波WDM分别连接光功率计A1、光功率计A2、……、光功率计An, N个光功率计得到N个与激光器发出入射波相对应的反射光强值I1K，Ι2Ε, Ι3Κ，……，Iiie ; 步骤三:将测量得到的入射及反射光强值代入腔长表达式； 腔长表达式为:
【文档编号】G01D5/353GK103697923SQ201310711338
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】宋凝芳, 杨玉洁, 宋镜明, 崔睿琦, 徐宏杰 申请人:北京航空航天大学