專利名稱：一種用于光纖光柵傳感系統(tǒng)的外腔激光器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于光纖光柵傳感系統(tǒng)的外腔激光器裝置。
背景技術(shù)：
近年來，光纖光4冊已成功地被用來對不同物理量進(jìn)行傳感。其突出的 優(yōu)點(diǎn)是可復(fù)用性，光纖傳感網(wǎng)絡(luò)采用的復(fù)用技術(shù)包括時分復(fù)用、空分復(fù)用、 波長和頻率復(fù)用及相干復(fù)用等。采用多個光纖光4冊，可以構(gòu)成分布式傳感 網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)檢測，這在智能和靈巧結(jié)構(gòu)中有著重要的應(yīng)用。相對于單 光柵傳感系統(tǒng)，復(fù)用傳感系統(tǒng)具有性能價格比高、4企測范圍大等優(yōu)點(diǎn)，引 起了人們的廣泛關(guān)注。通過共享光源和電子處理部分，隨著系統(tǒng)中復(fù)用傳 感器數(shù)目的增加，每個傳感器的花費(fèi)將大大減少，這將增強(qiáng)光纖傳感器對 傳統(tǒng)機(jī)電類傳感器的竟?fàn)幜?。這種復(fù)用光纖光柵傳感器在大型結(jié)構(gòu)如水壩、 橋梁、重要建筑和飛行器等的安全監(jiān)測方面有著極為廣闊的應(yīng)用前景。
光纖光柵傳感技術(shù)最關(guān)鍵的兩個方面是光源和信號波長的查詢解調(diào)。 在復(fù)用光纖光4冊傳感系統(tǒng)中， 一般采用的光源有
1、 光纖放大自發(fā)輻射寬帶光源(ASE光源)。與光纖光柵反射峰對應(yīng)的 有效功率一般為-15dBm至-25dBm左右，大部分譜功率都對系統(tǒng)沒有貢獻(xiàn)而 浪費(fèi)掉了 。該光源目前只能覆蓋1550nm波段。
2、 半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管(SLED光源)。與ASE光源相比，SLED光 源的功率要??；而且和ASE光源一樣，大部分譜功率沒有被利用。但是這 種光源可以覆蓋更多波段，比如通信系統(tǒng)常用的850nm， 1310nm波革更及其它 指定波段。
3、 波長掃描激光器。這種光源輸出波長可以在一個波長范圍內(nèi)重復(fù)掃描，有效功率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴。 一般用于比較大型的光纖光柵 傳感系統(tǒng)或特殊的傳感場合。
在復(fù)用型和分布式的傳感系統(tǒng)中，由于光纖結(jié)點(diǎn)多，光纖線-各損^^大， 對光源有效功率的要求隨著傳感點(diǎn)的增加而不斷提高。如果功率太低，會 影響傳感的復(fù)用數(shù)量和檢測的信噪比，也就增加了信號的解調(diào)處理難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了適應(yīng)市場對光纖光柵傳感系統(tǒng)光源提出的更高的 要求，提供一種利用本地增益器件及遠(yuǎn)處現(xiàn)場傳感點(diǎn)光纖光柵的高反射作 用實(shí)現(xiàn)的外腔激光器裝置，使得激射的波長正好對應(yīng)傳感光纖光柵的波長， 不僅輸出功率高，而且輸出波長隨著光纖光柵波長變化而變化，正好能夠 反映需要測量的物理量，結(jié)構(gòu)簡單。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是 一種用于光纖光柵傳感系統(tǒng)的外腔激光器 裝置，包括一個半導(dǎo)體光》文大器S0A以及用于控制S0A的溫控及驅(qū)動的控 制電路、 一個法拉笫旋轉(zhuǎn)全反射鏡、 一個光纖耦合器；以及作為傳感元件 的光纖光柵。半導(dǎo)體光放大器和法拉第旋轉(zhuǎn)全反射鏡組合為光源由輸出光 纖輸出，法拉第旋轉(zhuǎn)全反射鏡為輸入光的一個反射面，同時將輸入光的偏 振態(tài)旋轉(zhuǎn)90度后反射進(jìn)半導(dǎo)體光放大器進(jìn)行放大，補(bǔ)償半導(dǎo)體光放大器的 偏振相關(guān)性，傳感點(diǎn)光纖光柵為另外一個反射面，與法拉第旋轉(zhuǎn)全反射鏡 構(gòu)成激光諧振腔；光纖耦合器連接半導(dǎo)體光放大器和光纖光柵，將部分光 分出供解調(diào)儀進(jìn)行分析。
本發(fā)明中的半導(dǎo)體光放大器SOA是一個針對光纖光柵工作波段提供寬 帶增益的器件，是本外腔激光器裝置的增益介質(zhì)部分，其溫控及驅(qū)動的控 制電路保證SOA的正常工作，并能通過調(diào)節(jié)SOA的驅(qū)動電流實(shí)現(xiàn)輸出功率
的調(diào)節(jié)。
本發(fā)明中的法拉第旋轉(zhuǎn)全反射鏡，也可以用光纖全反射鏡，或者光纖 全反射鏡及偏振控制器代替。如果SOA提供的增益是高偏振相關(guān)的，則需要采用法拉第旋轉(zhuǎn)全反射鏡來實(shí)現(xiàn)SOA對不同偏振光的相同放大，如果SOA 提供的增益是低偏振相關(guān)的話，可以只用光纖全反射鏡。
本發(fā)明中的光纖耦合器用于將S0A和光纖光柵連接起來形成諧振腔， 同時分出一部分光作為輸出供解調(diào)儀分析。除了普通的光纖耦合器外，還 可以采用薄膜型分光器，其優(yōu)點(diǎn)在于可以減小腔內(nèi)損耗，降低外腔激光器 的闊值。
本發(fā)明的有益效果是采用帶法拉第旋轉(zhuǎn)全反射鏡的S0A實(shí)現(xiàn)對不同 偏振光的相同增益，可以消除由于長距離傳輸光纖中隨即擾動造成的偏振 擾動對激光器諧振的影響。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)還在于，如果一根光纖上有多個 不同波長的光纖光柵，如果它們的波長都在S0A的有效增益帶寬內(nèi)，該外 腔激光器裝置可以實(shí)現(xiàn)多個波長的同時激射，就是說可以同時檢測多個光 纖光4冊傳感點(diǎn)的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用傳感。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)還在于，它和現(xiàn) 有傳感系統(tǒng)兼容，可以通過簡單的光源替換4艮容易地實(shí)現(xiàn)舊系統(tǒng)的升級。 本發(fā)明提供的光源結(jié)合了前述現(xiàn)有光源的優(yōu)點(diǎn)，不僅輸出有效功率高，而 且結(jié)構(gòu)筒單，成本比波長掃描激光器低，實(shí)用性強(qiáng)?？梢灾苯尤〈壳肮?纖光4冊傳感系統(tǒng)上的寬帶光源而不改變其它系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。


圖l是典型的光纖光柵傳感系統(tǒng)原理圖 圖2是本發(fā)明的光源部分結(jié)構(gòu)示意圖 圖3是薄膜型分光器結(jié)構(gòu)示意圖 圖4是本發(fā)明結(jié)構(gòu)的測試光譜圖 圖中
1.光源，2.光纖耦合器，3.光纖線路，4.光纖光柵，5.解調(diào)儀， 6.法拉第旋轉(zhuǎn)全反射鏡，7.光纖，8.控制電路，9.半導(dǎo)體光放大器，10. 輸出光纖，11.雙光纖準(zhǔn)直器，12.薄膜分光片，13.單光纖準(zhǔn)直器具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖l所示為典型的光纖光柵傳感系統(tǒng)原理圖。光源l現(xiàn)在一般采用光纖放
大自發(fā)輻射寬帶光源(ASE光源)或半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管(SLED光源)。 本發(fā)明的光源l結(jié)構(gòu)見圖2,半導(dǎo)體光放大器9和法拉第旋轉(zhuǎn)全反射鏡6由光 纖7連接組合為光源1 ?？刂齐娐?為半導(dǎo)體光放大器9提供溫度控制和驅(qū)動 電鴻，使半導(dǎo)體光放大器9提供一定的增益。但在光纖光路中，由于光纖線 路3比較長，可能達(dá)到幾十公里，光在里面的偏振態(tài)會隨機(jī)變化。如果半導(dǎo) 體光放大器9增益的偏振相關(guān)度太高，會造成輸出不穩(wěn)定。所以我們采用了 法拉第旋轉(zhuǎn)全反射鏡6， 一方面它作為外腔激光器的一個反射面，同時可以
器的輸出對光纖光路中偏振態(tài)的變化不敏感，可以大大提高輸出穩(wěn)定性。 同時對半導(dǎo)體光放大器9的指標(biāo)要求大大降低，使得成本進(jìn)一步降低。
在諧振腔內(nèi)采用普通2 x 2光纖耦合器2，由于有個光纖端口的輸出光沒 有作用，給諧振腔帶來了一個額外的光學(xué)損耗，為了提高激光器輸出功率， 降低激射閾值，本發(fā)明還采用如圖3所示的薄膜型分光器代替普通光纖耦合 器。該薄膜型分光器由一個雙光纖準(zhǔn)直器ll、 一個單光纖準(zhǔn)直器13和一個 薄膜濾波膜片12組成。
半導(dǎo)體光放大器9、法拉第旋轉(zhuǎn)全反射鏡6、光纖耦合器2及傳感點(diǎn)的 光纖光柵4工作在相同的波段范圍內(nèi)，為1550nm、 1310mn波段。我們采用 如圖1的測試系統(tǒng)，以1550nm波段為例。法拉第旋轉(zhuǎn)全反射鏡6對1550nm 波段內(nèi)的光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90度，半導(dǎo)體光放大器9對1550nm波段的光產(chǎn) 生增益，其3dB增益帶寬達(dá)到55咖。光源輸出光纖10與光纖耦合器2的 一個輸入臂相連。光纖光柵4包含3個光纖光柵，它們的反射波長不同， 但都位于半導(dǎo)體光放大器9的有效增益帶寬內(nèi)?？刂齐娐?將半導(dǎo)體光放 大器9工作溫度控制在25度，工作電流150mA。采用了分光比為50:50的 光纖耦合器2。光纖光柵4和光纖耦合器2之間的光纖光路3長5公里。解調(diào)儀5部分采用光i普儀進(jìn)行光譜觀測。
圖4為測試得到的光鐠?？梢钥吹讲煌墓饫w光柵都有對應(yīng)的激射峰。 如果對該系統(tǒng)中的各部分進(jìn)行優(yōu)化，比如光纖耦合器2的分光比、半導(dǎo)體光 放大器9的增益譜與光纖光柵4反射譜準(zhǔn)確對應(yīng)、降低光路中損耗、降低光 纖端面的反射等等，本發(fā)明外腔激光器裝置的功率可以做得更高、更穩(wěn)定， 完全可以在不改變系統(tǒng)其它部分結(jié)構(gòu)的前提下，實(shí)用并替代現(xiàn)有大部分光 源。與其它波長掃描激光器方案相比，結(jié)構(gòu)簡單而且功耗很低，是一種可 以用于長距離、光纖光柵復(fù)用傳感系統(tǒng)的實(shí)用、高效、低成本光源。
權(quán)利要求
1. 一種用于光纖光柵傳感系統(tǒng)的外腔激光器裝置，其特征是該裝置包括半導(dǎo)體光放大器(9)、法拉第旋轉(zhuǎn)全反射鏡(6)、控制電路(8)、光纖耦合器(2)和傳感點(diǎn)的光纖光柵(4)；控制電路(8)控制半導(dǎo)體光放大器(10)的溫度并提供驅(qū)動電流，半導(dǎo)體光放大器(9)和法拉第旋轉(zhuǎn)全反射鏡(6)由光纖(7)連接組合為光源(1)由輸出光纖(10)輸出，法拉第旋轉(zhuǎn)全反射鏡(6)為輸入光的一個反射面，同時將輸入光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90度后反射進(jìn)半導(dǎo)體光放大器(9)進(jìn)行放大，補(bǔ)償半導(dǎo)體光放大器(9)的偏振相關(guān)性，傳感點(diǎn)光纖光柵(4)為另外一個反射面，與法拉第旋轉(zhuǎn)全反射鏡(6)構(gòu)成激光諧振腔；光纖耦合器(2)連接半導(dǎo)體光放大器(9)和光纖光柵(4)，將部分光分出供解調(diào)儀(5)進(jìn)行分析。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外腔激光器裝置，其特征在于光纖耦合器 (2)可以是光纖耦合薄膜型分光器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的外腔激光器裝置，其特征在于半導(dǎo)體光放 大器(9 )、法拉第旋轉(zhuǎn)全反射鏡(6 )、光纖耦合器(2 )及傳感點(diǎn)的光纖光 柵(4)工作在相同的波段范圍內(nèi)，為l550nm、 1H0nm波段。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外腔激光器裝置，其特征在于光源(1) 可采用半導(dǎo)體光放大器(9 )與光纖全反射鏡組合；或者半導(dǎo)體光放大器(9 ) 與光纖全反射鏡及偏振控制器組合。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的外腔激光器裝置，其特征在于光纖耦合薄 膜型分光器由一個雙光纖準(zhǔn)直器(11 )、 一個單光纖準(zhǔn)直器(13 )和一個薄 膜濾波膜片(12)組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于光纖光柵傳感系統(tǒng)的外腔激光器裝置，包括半導(dǎo)體光放大器9、法拉第旋轉(zhuǎn)全反射鏡6、控制電路8、光纖耦合器2和傳感點(diǎn)的光纖光柵4；半導(dǎo)體光放大器9和法拉第旋轉(zhuǎn)全反射鏡6組合為光源1，法拉第旋轉(zhuǎn)全反射鏡6為輸入光的一個反射面，同時將輸入光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90度后反射進(jìn)半導(dǎo)體光放大器9進(jìn)行放大，補(bǔ)償半導(dǎo)體光放大器9的偏振相關(guān)性，傳感點(diǎn)光纖光柵4為另外一個反射面，與法拉第旋轉(zhuǎn)全反射鏡6構(gòu)成激光諧振腔。本發(fā)明裝置提供的光源不僅輸出有效功率高，而且結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用性強(qiáng)。
文檔編號H01S5/14GK101304156SQ20081004792
公開日2008年11月12日 申請日期2008年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月5日
發(fā)明者輝 原, 薇 賴 申請人:原 輝;賴 薇