CN102435213A

CN102435213A - 基于菲涅尔全息型波分复用器的光纤光栅波长解调装置

Info

Publication number: CN102435213A
Application number: CN2011102609260A
Authority: CN
Inventors: 李森森; 董小鹏
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2012-05-02

Abstract

基于菲涅尔全息型波分复用器的光纤光栅波长解调装置，涉及一种光纤光栅波长解调装置。设有环形器、菲涅尔全息型波分复用器、光电探测器、数据采集卡和计算机。环形器设有光源光输入端口、光源光输出端口和光纤光栅反射光输出端口，光源光输入端口外接光源，光源光输出端口外接光纤光栅组。菲涅尔全息型波分复用器的输入端与环形器的光纤光栅反射光输出端口连接，菲涅尔全息型波分复用器设有多个通道，每个通道均设光电探测器。各光电探测器输出端均接数据采集卡输入端，数据采集卡输出端接计算机。本发明具有成本低、适用性强的优点，能够同时对多个光纤光栅进行波长解调，而且可用于动态与静态参量结合测量。

Description

基于菲涅尔全息型波分复用器的光纤光栅波长解调装置

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种光纤光栅波长解调装置，尤其是涉及一种基于菲涅尔全息型波分复用器的光纤光栅波长解调装置。

背景技术

光纤光栅传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰、基于波长编码工作、能够实现多点分布式测量等优点，因而成为传感领域的研究热点。光纤光栅波长解调是实现光纤光栅传感的关键技术，已有多种解调方法被相继提出，它们各有优缺点。相比之下，边缘滤波器法(参见S.M.Melle，K.Liu，and R.M.Measures，IEEE Photonics Technology Letters，1992，4(5)：516-518)不仅成本较低、使用较方便、稳定性较好，而且具有响应速度快，同时适用于静态参量测量和动态参量测量的优点，但该方法仅适合单个光纤光栅的波长解调。阵列波导光栅(AWG)解调法(参见JP 2000-180270，SANO YASUKAZU)以AWG波分复用器作为滤波器，克服了边缘滤波器法的上述缺点，可同时对多个光纤光栅进行波长解调。然而，AWG的制作采用标准的半导体工艺，成本相对较高，而且可能存在通道透射谱与光纤光栅反射谱波长范围不匹配的问题。因此，探寻新的用于光纤光栅波长解调的滤波器具有重要的应用价值。

菲涅尔全息型波分复用器(参见中国专利CN 1256821C)是近年来提出的一种具有离轴Fresnel透镜结构的新型波分复用器。该波分复用器采用激光全息技术制作而成，并且适合通过复制技术进行大批量生产(参见X.Ren，S.Liu，X.Zhang，and S.Li，Proceedings of SPIE，2008，6832：68322M-1-68322M-8)，因此具有成本低、生产速率高的特点。此外，由于该波分复用器属于角色散器件，它可使复用在一根光纤中的多波长光信号按波长在空间中分开，每个波长对应于空间唯一的衍射角，因此改变输出端接收光纤的位置即可改变通道透射谱的波长范围。上述特点表明，以菲涅尔全息型波分复用器作为滤波器能够低成本地实现同时对多个光纤光栅进行波长解调；并且可方便地解决AWG解调法可能存在的波长范围不匹配的问题，适用性较强。但目前采用菲涅尔全息型波分复用器进行光纤光栅波长解调的技术尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本较低、适用性强，能够同时对多个光纤光栅进行波长解调，而且可用于动态与静态参量结合测量的基于菲涅尔全息型波分复用器的光纤光栅波长解调装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明设有环形器、菲涅尔全息型波分复用器、光电探测器、数据采集卡和计算机；环形器设有光源光输入端口、光源光输出端口和光纤光栅反射光输出端口，光源光输入端口外接光源，光源光输出端口外接光纤光栅组；菲涅尔全息型波分复用器的输入端与环形器的光纤光栅反射光输出端口连接，菲涅尔全息型波分复用器设有多个通道，每个通道只对一个光纤光栅的反射光进行滤波，每个通道均设光电探测器，各光电探测器输出端均接数据采集卡输入端，数据采集卡输出端接计算机。

本发明的工作原理及有益效果如下：

通过采用菲涅尔全息型波分复用器、光电探测器、数据采集卡和计算机的组合，可实现同时对多个光纤光栅进行波长解调：菲涅尔全息型波分复用器用于接收光纤光栅的反射光，起到多通道滤波器的作用，通道的透射谱近似符合高斯型，各光纤光栅的反射光通过相邻的两个通道进行滤波，相邻通道透射谱的重叠部分所对应的波长范围即是波长解调的有效范围，每个通道只对一个光纤光栅的反射光进行滤波可以避免串扰；光电探测器用于测量通道的输出光功率，其数目与通道的数目相同；数据采集卡用于采集各光电探测器的输出电信号；计算机用于对相邻光电探测器的输出量作除法运算和对结果取对数，以及根据运算结果和光纤光栅反射谱的峰值波长所成的线性关系显示波长解调的结果。除法运算消除了光源功率不平坦及波动的影响，取对数使运算结果和光纤光栅反射谱的峰值波长成线性关系(参见中国专利CN 2745045Y)。

本发明具有以下突出优点：

1、成本较低。本发明所采用的滤波器即菲涅尔全息型波分复用器采用激光全息技术制作而成，并且适合通过复制技术进行大批量生产，具有成本低、生产速率高的特点，因而采用本发明所述的光纤光栅波长解调装置成本较低。

2、适用性较强。本发明所采用的滤波器即菲涅尔全息型波分复用器属于角色散器件，改变输出端接收光纤的位置即可改变通道透射谱的波长范围，可方便地解决采用阵列波导光栅(AWG)解调装置可能存在的通道透射谱与光纤光栅反射谱波长范围不匹配的问题，因而本发明适用性显著加强。

附图说明

图1为本发明实施例的结构组成及应用示意图(同时对多个光纤光栅进行波长解调的***示意图)。图1中：1为宽带光源，2为环形器，3为光纤光栅组(光纤光栅组为多个光纤光栅串联在一起)，4为菲涅尔全息型波分复用器，5为菲涅尔全息型波分复用器的通道，6为光电探测器，7为数据采集卡，8为计算机。

具体实施方式

如图1所示，宽带光源1发出的光从环形器2的端口A输入，经环形器2从端口B输出进入串联在一起的多个光纤光栅3。光纤光栅3感知所在位置待测物理量的变化，并将其转换为反射谱峰值波长的变化，所说的反射谱近似符合高斯型。光纤光栅3的反射光经环形器2从端口C输出，进入起多通道滤波器作用的菲涅尔全息型波分复用器4。菲涅尔全息型波分复用器4的通道5的透射谱近似符合高斯型，各光纤光栅3的反射光通过相邻的两个通道5进行滤波，相邻两个通道透射谱的重叠部分所对应的波长范围即是波长解调的有效范围，每个通道只对一个光纤光栅3的反射光进行滤波以避免串扰。光电探测器6与菲涅尔全息型波分复用器4的通道5连接，用于测量通道5的输出光功率，光电探测器6的数目与通道5的数目相同。数据采集卡7与光电探测器6的电信号输出端连接，用于采集各光电探测器6的输出电信号。计算机8与数据采集卡7的输出端连接，用于对相邻光电探测器6的输出量作除法运算和对结果取对数，以及根据运算结果和光纤光栅反射谱的峰值波长所成的线性关系显示出波长解调的结果，除法运算消除了光源功率不平坦及波动的影响，取对数使运算结果和光纤光栅反射谱的峰值波长成线性关系。

Claims

1.基于菲涅尔全息型波分复用器的光纤光栅波长解调装置，其特征在于设有环形器、菲涅尔全息型波分复用器、光电探测器、数据采集卡和计算机；环形器设有光源光输入端口、光源光输出端口和光纤光栅反射光输出端口，光源光输入端口外接光源，光源光输出端口外接光纤光栅组；菲涅尔全息型波分复用器的输入端与环形器的光纤光栅反射光输出端口连接，菲涅尔全息型波分复用器设有多个通道，每个通道只对一个光纤光栅的反射光进行滤波，每个通道均设光电探测器；各光电探测器输出端均接数据采集卡输入端，数据采集卡输出端接计算机。