本发明属于激光折射率测量技术领域，尤其涉及一种双波长增益竞争折射率测量装置。
背景技术
准确的光纤折射率测量在光纤通信和光纤传感系统中是十分重要的。高灵敏度折射率传感是光纤传感领域的一个重要研究方向，它在现代工业应用的许多层面都有涉及。由于光纤的一些优良特性：尺寸小、成本低、抗电磁干扰、耐高温高压等，基于光纤形式的折射率传感器目前已成为折射率传感领域的一个主流热点。光纤型折射率传感器中，研究最为广泛的就是干涉型光纤折射率传感器。这种折射率传感器虽然灵敏度较高，但其易受外界环境干扰、其他参数交叉灵敏度的问题却不容忽视。基于双波长或偏振拍频手段的光纤折射率传感器通常易于解调、灵敏度高、稳定可靠，但两个匹配光栅较为复杂。强度型光纤折射率传感器往往具有实时响应、结构简单的优点，但灵敏度有待提高。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，提供一种双波长增益竞争折射率测量装置，具有灵敏度高、结构简单、响应迅速的优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种双波长增益竞争折射率测量装置，包括掺铒光纤放大器、一号布拉格光纤光栅、光纤全反镜、光纤耦合器、二号布拉格光纤光栅、微米结构光纤探测模块、光谱分析仪，泵浦源通过波分复用器连接至掺铒光纤构成了掺铒光纤放大器，掺铒光纤放大器的一端连接一号布拉格光纤光栅，掺铒光纤放大器的另一端连接光纤全反镜，掺铒光纤放大器与一号布拉格光纤光栅之间还设置可调光衰减器，光纤耦合器的一个输入臂与可调光衰减器连接，一个耦合臂与波分复用器连接，光纤耦合器的另一个输入臂通过微米结构光纤探测模块连接至二号布拉格光纤光栅，另一个耦合臂连接至光谱分析仪，光谱分析仪用于检测双波长激光输出的波长和功率变化情况；微米结构光纤探测模块由溶液及浸泡在溶液中的双锥形微米结构光纤组成。
按上述技术方案，光纤全反镜的反射率为100％，光纤耦合器的分光比为50:50。
按上述技术方案，双锥形微米结构光纤为两个锥形过渡区夹着一段纤细的锥腰区域，锥腰区域的直径为5～15μm，锥腰区域长度为5～15mm，双锥形微米结构光纤的两端均连接标准单模光纤。使微米结构光纤探测模块能够直接有效地感应到外界液体折射率的敏感变化。双锥形微米结构光纤是通过火焰熔融拉锥方法制成的。
按上述技术方案，泵浦源为980nm泵浦源，波分复用器为波长980nm和1550nm的光分波合波，一号布拉格光纤光栅的中心波长是1550nm，二号布拉格光纤光栅的中心波长是1551nm，可调光衰减器用于调整1550nm波长激光的输出功率，使该输出功率与1551nm波长激光的功率的绝对值差值在1dbm范围内。两个波长激光的功率差值较小时会得到比较激烈的增益竞争现象，从而使得传感结构对外界折射率的变化非常敏感。
按上述技术方案，掺铒光纤的放大系数为10db/m,长度为8～12m。
一号布拉格光纤光栅、掺铒光纤放大器、光纤全反镜、可调光衰减器组成了第一掺铒光纤激光器，第一掺铒光纤激光器的输出波长为一号布拉格光纤光栅的中心波长：1550nm，3db带宽为0.2nm。二号布拉格光纤光栅与光纤全反镜构成了另一个激光谐振腔，与前述掺铒光纤放大器组成了第二掺铒光纤激光器，激光输出波长为二号布拉格光纤光栅的中心波长：1550nm，3db带宽为0.2nm。
本发明的工作原理是：分别由两个中心波长相近的布拉格光纤光栅与光纤全反镜构成的两个激光谐振腔与掺铒光纤放大器一起构成双波长掺铒光纤激光器。其中一个激光腔内嵌入可调光衰减器用于调整双波长激光的输出功率使它们处于相差不大的水平，由于双波长激光共用同一段掺铒光纤作为增益介质，当传感波长激光腔内的微米结构光纤探测模块受到外界折射率微扰产生极小的功率损耗变化时，将会引起传感波长激光输出功率的极大变化，利用光谱分析仪监测到的光功率变化可解调得到外界折射率的变化信息，从而实现了对外界折射率的高灵敏度测量。
本发明产生的有益效果是：利用双波长掺铒光纤激光器共用同一增益介质情况下的增益竞争，实现对液体折射率的高灵敏度测量，同时结构简单、响应迅速的优点。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例双波长增益竞争折射率测量装置的结构示意图；
图2是微米结构光纤探测模块的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中，提供一种双波长增益竞争折射率测量装置，包括掺铒光纤放大器、一号布拉格光纤光栅、光纤全反镜、光纤耦合器、二号布拉格光纤光栅、微米结构光纤探测模块、光谱分析仪，泵浦源通过波分复用器连接至掺铒光纤构成了掺铒光纤放大器，掺铒光纤放大器的一端连接一号布拉格光纤光栅，掺铒光纤放大器的另一端连接光纤全反镜，掺铒光纤放大器与一号布拉格光纤光栅之间还设置可调光衰减器，光纤耦合器的一个输入臂与可调光衰减器连接，一个耦合臂与波分复用器连接，光纤耦合器的另一个输入臂通过微米结构光纤探测模块连接至二号布拉格光纤光栅，另一个耦合臂连接至光谱分析仪，光谱分析仪用于检测双波长激光输出的波长和功率变化情况；微米结构光纤探测模块由溶液及浸泡在溶液中的双锥形微米结构光纤组成。
进一步地，光纤全反镜的反射率为100％，光纤耦合器的分光比为50:50。
进一步地，双锥形微米结构光纤为两个锥形过渡区夹着一段纤细的锥腰区域，锥腰区域的直径为5～15μm，锥腰区域长度为5～15mm，双锥形微米结构光纤的两端均连接标准单模光纤。双锥形微米结构光纤是通过火焰熔融拉锥方法制成的。
进一步地，泵浦源为980nm泵浦源，波分复用器为波长980nm和1550nm的光分波合波，一号布拉格光纤光栅的中心波长是1550nm，二号布拉格光纤光栅的中心波长是1551nm，可调光衰减器用于调整1550nm波长激光的输出功率，使该输出功率与1551nm波长激光的功率的绝对值差值在1dbm范围内。
进一步地，掺铒光纤的放大系数为10db/m,长度为8～12m。
本发明的较佳实施例中，参见图1，双波长增益竞争折射率测量装置至少包括：980nm泵浦源7通过波分复用器4连接至掺铒光纤5，一号布拉格光纤光栅1与光纤全反镜6连接至上述结构的两端构成一个激光谐振腔；可调光衰减器2嵌入一号布拉格光纤光栅1与波分复用器4之间，光纤耦合器3的一个输入臂和一个耦合臂分别连接在可调光衰减器2与波分复用器4之间，光纤耦合器的另一个输入端通过微米结构光纤探测模块9连接至二号布拉格光纤光栅8，另一个输出端连接至光谱分析仪10。参见图2，微米结构光纤探测模块9包括：浸泡在溶液12中的双锥形微米结构光纤11，双锥形微米结构光纤是通过火焰熔融拉锥方法制成的，所得双锥形微米结构光纤两端连接标准单模光纤，中间为两个锥形过渡区夹着一段纤细的锥腰区域，锥腰直径为5～15μm，锥腰长度为5～15mm；所述微米结构光纤探测模块能够感测溶液折射率的变化。
在本实施例中，980nm泵浦源7通过波分复用器4连接至掺铒光纤5构成了掺铒光纤放大器；波分复用器4为波长980nm和1550nm的光分波合波，掺铒光纤5放大系数为10db/m左右,长度为8～12m之间。普通掺铒光纤放大器两端分别连接一号布拉格光纤光栅1和光纤全反镜6构成的激光谐振腔，从而组成了一个掺铒光纤激光器；掺铒光纤激光器的输出波长为一号布拉格光纤光栅的中心波长：1550nm左右，3db带宽为0.2nm左右；光纤全反镜6的反射率为100％。在本实施例中，光纤耦合器3的一个输入臂和一个耦合臂分别连接在可调光衰减器2与所述波分复用器4之间；光纤耦合器3的另一个输入端通过微米结构光纤探测模块9连接至二号布拉格光纤光栅8，另一个输出端连接至光谱分析仪10；二号布拉格光纤光栅8与光纤全反镜6构成了另一个激光谐振腔，与前述掺铒光纤放大器组成了另一个掺铒光纤激光器，激光输出波长为二号布拉格光纤光栅的中心波长：1551nm左右，3db带宽也为0.2nm左右；这样整个图1系统结构就构成了一个双波长输出的掺铒光纤激光器，双波长的波长间隔相隔较近。这里需要说明的是，可以根据不同的测量需求，设置更近或稍远的双波长间隔，范围在1～2nm之间。具体地，光纤耦合器3的分光比约为50:50左右；光谱分析仪10用于检测双波长激光输出的波长和功率变化情况。在本实施例中，可调光衰减器2嵌入一号布拉格光纤光栅1与波分复用器4之间，用于调整1550nm波长激光的输出功率使与1551nm波长激光的功率处于相差不大的水平。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。