一種單模光纖雙折射測(cè)量的裝置及方法制造方法及圖紙

一種單模光纖雙折射測(cè)量的裝置及方法，屬于光纖傳感技術(shù)，涉及一種單模光纖雙折射測(cè)量的方法。目的在于實(shí)現(xiàn)對(duì)單模光纖雙折射的測(cè)量。本發(fā)明專利技術(shù)的泵浦光源的光信號(hào)通經(jīng)光隔離器后經(jīng)光纖傳輸至波分復(fù)用器的光信號(hào)輸入端，波分復(fù)用器的光信號(hào)輸出端連接光纖光柵的一端，光柵光纖的另一端連接摻鉺光纖的一端，摻鉺光纖的另一端連接光纖耦合器的一個(gè)信號(hào)端，光纖耦合器的另外兩個(gè)信號(hào)端分別連接光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)的兩個(gè)信號(hào)端，波分復(fù)用器的傳感信號(hào)輸出端輸出激光信號(hào)至光電探測(cè)器的光感面，頻譜采集模塊的信號(hào)輸出端連接數(shù)據(jù)處理模塊的頻譜信號(hào)輸入端。本發(fā)明專利技術(shù)用于測(cè)量單模光纖的雙折射變化。

Device and method for measuring birefringence of single-mode optical fiber

The invention discloses a single-mode fiber birefringence measuring device and a method, belonging to the optical fiber sensing technology, and relating to a single-mode fiber birefringence measuring method. The purpose is to realize the birefringence measurement of single-mode optical fiber. Optical signal input optical signal through the optical isolator of the present invention of the pump light through the optical fiber transmission to wavelength division multiplexing, WDM optical signal output end of the optical fiber grating is connected, the other end is connected with one end of the erbium-doped fiber grating and optical fiber, the other end is connected with a signal end of the optical fiber coupler the erbium-doped fiber, the two signal end of the other two signal optical fiber coupler is respectively connected with the structure of the optical fiber ring, surface wave division multiplexer output sensor signal output signal to the laser detector, signal acquisition module which is connected with the output end of the spectrum data processing module signal input end. The invention is used for measuring birefringence changes of single-mode fibers.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種單模光纖雙折射測(cè)量的裝置及方法
本專利技術(shù)屬于光纖傳感技術(shù),具體涉及一種單模光纖雙折射測(cè)量的方法。
技術(shù)介紹
光纖雙折射是光纖的一個(gè)重要特性參數(shù)，它決定光纖的一些偏振特性，如偏振模色散、偏振態(tài)控制以及非線性偏振旋轉(zhuǎn)等效應(yīng)，從而影響光纖器件以及光纖通信的性能，因此對(duì)光纖雙折射效應(yīng)的研究和測(cè)量在光纖通信、光纖傳感以及光器件制作等領(lǐng)域具有重要的意義。人們已經(jīng)提出多種測(cè)量光纖雙折射的方法，例如基于干涉技術(shù)來測(cè)量光纖模式雙折射，但該類方法需要復(fù)雜的信號(hào)解調(diào)設(shè)備；還有基于手動(dòng)旋轉(zhuǎn)偏振片來測(cè)量光纖偏振態(tài)的變化，但該方法需要手動(dòng)操作，測(cè)量不方便；此外，還可以直接利用偏振分析儀對(duì)光纖雙折射進(jìn)行測(cè)量，但偏振分析儀器價(jià)格比較昂貴，一般幾十萬乃至上百萬，限制了其廣泛應(yīng)用。因此，亟需專利技術(shù)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的光纖雙折射測(cè)量裝置和測(cè)量方法，對(duì)光纖雙折射的測(cè)量具有重要的意義。光纖激光傳感器由于具有極窄的線寬以及很高的信噪比和靈敏度，近年來受到了人們的廣泛關(guān)注，已經(jīng)成功用于溫度、應(yīng)變、振動(dòng)、水聲、壓力以及加速度等信號(hào)的測(cè)量。基于拍頻解調(diào)技術(shù)的光纖多縱模激光傳感器因其具有穩(wěn)定的模式特性以及簡(jiǎn)單的全電子解調(diào)方法，是近年來發(fā)展起來的一種極具發(fā)展前景的光纖傳感器。在光纖激光腔中存在多個(gè)縱模，考慮到光纖具有本征的雙折射效應(yīng)，則每個(gè)縱模對(duì)應(yīng)的兩個(gè)正交的模式會(huì)發(fā)生輕微的模式分裂。經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換拍頻解調(diào)后，環(huán)形腔光纖多縱模激光器產(chǎn)生兩種拍頻信號(hào)，一種是由兩個(gè)具有相同偏振方向不同階次的縱模形成的縱模拍頻信號(hào)，另一種是由兩個(gè)不同偏振方向的縱模形成的偏振模拍頻信號(hào)，光纖激光腔的模式分布如圖2所示。由于多縱模拍頻和偏振模拍頻信號(hào)對(duì)溫度、應(yīng)力等具有不同的響應(yīng)特性，因此通過監(jiān)測(cè)偏振模拍頻和縱模拍頻信號(hào)的頻率變化，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和應(yīng)變的同時(shí)測(cè)量。由于光纖激光器諧振腔所受的軸向應(yīng)變變化會(huì)引起光纖雙折射發(fā)生變化，因此環(huán)形腔光纖多縱模激光器可以用于光纖雙折射的測(cè)量，并由此提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉的檢測(cè)光纖雙折射的方法和裝置。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于利用環(huán)形腔光纖多縱模激光器中偏振模和縱模拍頻信號(hào)對(duì)軸向應(yīng)變具有不同的頻率—應(yīng)變響應(yīng)特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)單模光纖雙折射的測(cè)量，提出了一種單模光纖雙折射測(cè)量的裝置及方法。本專利技術(shù)所述的一種單模光纖雙折射測(cè)量的裝置，它包括泵浦光源、光隔離器、波分復(fù)用器、環(huán)形腔光纖激光器、光電探測(cè)器、頻譜采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；環(huán)形腔光纖激光器包括光纖光柵、摻鉺光纖、光纖耦合器、光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)、固定平臺(tái)和可變微位移平臺(tái)；泵浦光源的光信號(hào)通過光纖經(jīng)光隔離器進(jìn)行反射光消除后經(jīng)光纖傳輸至波分復(fù)用器的光信號(hào)輸入端，波分復(fù)用器的光信號(hào)輸出端連接光纖光柵的一端，光柵光纖(104)的另一端連接摻鉺光纖的一端，摻鉺光纖的另一端連接光纖耦合器的一個(gè)信號(hào)端，光纖耦合器的另外兩個(gè)信號(hào)端分別連接光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)的兩個(gè)信號(hào)端，所述光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)對(duì)兩端輸入的光信號(hào)進(jìn)行反射，經(jīng)光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)后的反射光經(jīng)光纖耦合器通過摻鉺光纖放大后發(fā)射至光纖光柵，光纖光柵對(duì)滿足自身中心波長(zhǎng)的光信號(hào)進(jìn)行反射，經(jīng)光纖光柵反射后的光信號(hào)通過摻鉺光纖放大后經(jīng)光纖耦合器發(fā)射至光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)，光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)再次對(duì)射入的光信號(hào)進(jìn)行反射，直至環(huán)形腔光纖激光器的諧振腔內(nèi)的光信號(hào)的增益大于損耗時(shí)，環(huán)形腔光纖激光器的諧振腔內(nèi)會(huì)產(chǎn)生工作波長(zhǎng)等于光纖光柵中心波長(zhǎng)的激光信號(hào)，光纖光柵輸出該激光信號(hào)至波分復(fù)用器，波分復(fù)用器的傳感信號(hào)輸出端輸出激光信號(hào)至光電探測(cè)器的光感面，電探測(cè)器(110)對(duì)激光信號(hào)進(jìn)行采集轉(zhuǎn)換輸出電信號(hào)至頻譜采集模塊的信號(hào)輸入端，頻譜采集模塊的信號(hào)輸出端連接數(shù)據(jù)處理模塊的頻譜信號(hào)輸入端；固定平臺(tái)和可變微位移平臺(tái)分別固定在摻鉺光纖的兩端，用于軸向拉伸摻鉺光纖。一種單模光纖雙折射測(cè)量方法，該方法的具體步驟為：步驟一、采用泵浦光源通過光纖向波分復(fù)用器發(fā)送泵浦光信號(hào)，光信號(hào)經(jīng)光纖光柵、摻鉺光纖后通過光纖耦合器輸入至光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)；步驟二、將固定平臺(tái)用于固定摻鉺光纖的一端，采用可變微位移平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)摻鉺光纖的軸向拉伸，使摻鉺光纖的長(zhǎng)度、激光模式的有效折射率和光纖雙折射產(chǎn)生變化；獲得雙折射產(chǎn)生變化的激光信號(hào)；步驟三、采用光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)對(duì)通過摻鉺光纖后傳入的光信號(hào)進(jìn)行反射，反射光信號(hào)再經(jīng)摻鉺光纖后入射至光纖光柵，光纖光柵對(duì)滿足自身中心波長(zhǎng)的光信號(hào)進(jìn)行反射，經(jīng)光纖光柵反射后的光信號(hào)再次經(jīng)過摻鉺光纖入射至光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)，光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)再次對(duì)入射光進(jìn)行反射，直至環(huán)形腔光纖激光諧振腔內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘?hào)的增益大于損耗時(shí)，環(huán)形腔光纖激光器產(chǎn)生工作波長(zhǎng)等于光纖光柵中心波長(zhǎng)激光信號(hào)，光纖光柵將該激光信號(hào)傳輸至波分復(fù)用器；步驟四、波分復(fù)用器將工作波長(zhǎng)等于光纖光柵中心波長(zhǎng)的激光信號(hào)傳輸至光電探測(cè)器，光電探測(cè)器對(duì)產(chǎn)生雙折射變化的激光信號(hào)進(jìn)行拍頻解調(diào)，獲得產(chǎn)生頻率漂移的偏振模和多縱模拍頻信號(hào)；步驟五、采用頻譜采集模塊對(duì)產(chǎn)生頻率漂移的偏振模和多縱模拍頻信號(hào)進(jìn)行頻譜采集，并經(jīng)數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)產(chǎn)生頻率漂移的偏振模和多縱模拍頻信號(hào)進(jìn)行分析處理，獲得偏振模和多縱模拍頻信號(hào)的頻率-應(yīng)變響應(yīng)特性，獲得由軸向應(yīng)變導(dǎo)致的光纖雙折射變化信息。本專利技術(shù)提供的基于環(huán)形腔光纖多縱模激光器和拍頻解調(diào)系統(tǒng)的光纖雙折射的測(cè)量方法及其測(cè)量裝置，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：1)通過對(duì)環(huán)形腔光纖激光器諧振腔中的部分光纖施加軸向應(yīng)變，可以直接測(cè)量短距離的單模光纖雙折射的變化，無需特殊調(diào)整光纖偏振態(tài)的裝置，測(cè)量精度高；2)測(cè)量裝置中的環(huán)形腔光纖多縱模激光器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制作；解調(diào)裝置僅需要一個(gè)光電探測(cè)器和一個(gè)頻譜采集系統(tǒng)，無需復(fù)雜的光學(xué)信號(hào)處理設(shè)備，極大地降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性和系統(tǒng)成本。該光纖雙折射測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，具有很好的應(yīng)用前景。附圖說明圖1為本專利技術(shù)所述單模光纖雙折射測(cè)量的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是環(huán)形腔光纖激光器中模式分布示意圖；圖3是實(shí)際測(cè)得的光纖雙折射隨施加的軸向應(yīng)變變化曲線。具體實(shí)施方式為了使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本專利技術(shù)，并不用于限定本專利技術(shù)。具體實(shí)施方式一、結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種單模光纖雙折射測(cè)量的裝置，它包括泵浦光源、光隔離器、波分復(fù)用器、環(huán)形腔光纖激光器、光電探測(cè)器、頻譜采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；環(huán)形腔光纖激光器包括光纖光柵、摻鉺光纖、光纖耦合器、光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)、固定平臺(tái)和可變微位移平臺(tái)；泵浦光源的光信號(hào)通過光纖經(jīng)光隔離器進(jìn)行反射光消除后經(jīng)光纖傳輸至波分復(fù)用器的光信號(hào)輸入端，波分復(fù)用器的光信號(hào)輸出端連接光纖光柵的一端，光柵光纖(104)的另一端連接摻鉺光纖的一端，摻鉺光纖的另一端連接光纖耦合器的一個(gè)信號(hào)端，光纖耦合器的另外兩個(gè)信號(hào)端分別連接光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)的兩個(gè)信號(hào)端，所述光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)對(duì)兩端輸入的光信號(hào)進(jìn)行反射，經(jīng)光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)后的反射光經(jīng)光纖耦合器通過摻鉺光纖放大后發(fā)射至光纖光柵，光纖光柵對(duì)滿足自身中心波長(zhǎng)的光信號(hào)進(jìn)行反射，經(jīng)光纖光柵反射后的光信號(hào)通過摻鉺光纖放大后經(jīng)光纖耦合器發(fā)射至光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)，光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)再次對(duì)射入的光信號(hào)進(jìn)行反射，直至環(huán)形腔光纖激光器的諧振腔內(nèi)的光信號(hào)的增益大于損耗時(shí)，環(huán)形腔光纖激光器的諧振腔內(nèi)會(huì)產(chǎn)生工作波長(zhǎng)等于光纖光柵中心波長(zhǎng)的激光信號(hào)，本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種單模光纖雙折射測(cè)量的裝置，其特征在于，它包括泵浦光源(101)、光隔離器(102)、波分復(fù)用器(103)、環(huán)形腔光纖激光器、光電探測(cè)器(110)、頻譜采集模塊(111)和數(shù)據(jù)處理模塊(112)；環(huán)形腔光纖激光器包括光纖光柵(104)、摻鉺光纖(105)、光纖耦合器(106)、光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)(107)、固定平臺(tái)(108)和可變微位移平臺(tái)(109)；泵浦光源(101)的光信號(hào)通過光纖經(jīng)光隔離器(102)進(jìn)行反射光消除后經(jīng)光纖傳輸至波分復(fù)用器(103)的光信號(hào)輸入端，波分復(fù)用器(103)的光信號(hào)輸出端連接光纖光柵(104)的一端，光柵光纖(104)的另一端連接摻鉺光纖(105)的一端，摻鉺光纖(105)的另一端連接光纖耦合器(106)的一個(gè)信號(hào)端，光纖耦合器(106)的另外兩個(gè)信號(hào)端分別連接光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)(107)的兩個(gè)信號(hào)端，所述光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)(107)對(duì)兩端輸入的光信號(hào)進(jìn)行反射，經(jīng)光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)(107)后的反射光經(jīng)光纖耦合器(106)通過摻鉺光纖(105)放大后發(fā)射至光纖光柵(104)，光纖光柵(104)對(duì)滿足自身中心波長(zhǎng)的光信號(hào)進(jìn)行反射，經(jīng)光纖光柵(104)反射后的光信號(hào)通過摻鉺光纖(105)放大后經(jīng)光纖耦合器(106)發(fā)射至光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)(107)，光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)(107)再次對(duì)射入的光信號(hào)進(jìn)行反射，直至環(huán)形腔光纖激光器諧振腔內(nèi)的光信號(hào)的增益大于損耗時(shí)，環(huán)形腔光纖激光器的諧振腔內(nèi)會(huì)產(chǎn)生工作波長(zhǎng)等于光纖光柵(104)中心波長(zhǎng)的激光信號(hào)，光纖光柵(104)輸出該激光信號(hào)至波分復(fù)用器(103)，波分復(fù)用器(103)的傳感信號(hào)輸出端輸出激光信號(hào)至光電探測(cè)器(110)的光感面，電探測(cè)器(110)對(duì)激光信號(hào)進(jìn)行采集轉(zhuǎn)換輸出電信號(hào)至頻譜采集模塊(111)的信號(hào)輸入端，頻譜采集模塊(111)的信號(hào)輸出端連接數(shù)據(jù)處理模塊(112)的頻譜信號(hào)輸入端；固定平臺(tái)(108)和可變微位移平臺(tái)(109)分別固定在摻鉺光纖(105)的兩端，用于軸向拉伸摻鉺光纖(105)。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種單模光纖雙折射測(cè)量的裝置，其特征在于，它包括泵浦光源(101)、光隔離器(102)、波分復(fù)用器(103)、環(huán)形腔光纖激光器、光電探測(cè)器(110)、頻譜采集模塊(111)和數(shù)據(jù)處理模塊(112)；環(huán)形腔光纖激光器包括光纖光柵(104)、摻鉺光纖(105)、光纖耦合器(106)、光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)(107)、固定平臺(tái)(108)和可變微位移平臺(tái)(109)；泵浦光源(101)的光信號(hào)通過光纖經(jīng)光隔離器(102)進(jìn)行反射光消除后經(jīng)光纖傳輸至波分復(fù)用器(103)的光信號(hào)輸入端，波分復(fù)用器(103)的光信號(hào)輸出端連接光纖光柵(104)的一端，光柵光纖(104)的另一端連接摻鉺光纖(105)的一端，摻鉺光纖(105)的另一端連接光纖耦合器(106)的一個(gè)信號(hào)端，光纖耦合器(106)的另外兩個(gè)信號(hào)端分別連接光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)(107)的兩個(gè)信號(hào)端，所述光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)(107)對(duì)兩端輸入的光信號(hào)進(jìn)行反射，經(jīng)光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)(107)后的反射光經(jīng)光纖耦合器(106)通過摻鉺光纖(105)放大后發(fā)射至光纖光柵(104)，光纖光柵(104)對(duì)滿足自身中心波長(zhǎng)的光信號(hào)進(jìn)行反射，經(jīng)光纖光柵(104)反射后的光信號(hào)通過摻鉺光纖(105)放大后經(jīng)光纖耦合器(106)發(fā)射至光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)(107)，光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)(107)再次對(duì)射入的光信號(hào)進(jìn)行反射，直至環(huán)形腔光纖激光器諧振腔內(nèi)的光信號(hào)的增益大于損耗時(shí)，環(huán)形腔光纖激光器的諧振腔內(nèi)會(huì)產(chǎn)生工作波長(zhǎng)等于光纖光柵(104)中心波長(zhǎng)的激光信號(hào)，光纖光柵(104)輸出該激光信號(hào)至波分復(fù)用器(103)，波分復(fù)用器(103)的傳感信號(hào)輸出端輸出激光信號(hào)至光電探測(cè)器(110)的光感面，電探測(cè)器(110)對(duì)激光信號(hào)進(jìn)行采集轉(zhuǎn)換輸出電信號(hào)至頻譜采集模塊(111)的信號(hào)輸入端，頻譜采集模塊(111)的信號(hào)輸出端連接數(shù)據(jù)處理模塊(112)的頻譜信號(hào)輸入端；固定平臺(tái)(108)和可變微位移平臺(tái)(109)分別固定在摻鉺光纖(105)的兩端，用于軸向拉伸摻鉺光纖(105)。2.一種單模光纖雙折射測(cè)量方法，其特征在于，該方法的具體步驟為：步驟一、采用泵浦光源(101)通過光纖向波分復(fù)用器(103)發(fā)送泵浦光信號(hào)，光信號(hào)經(jīng)光纖光柵(104)、摻鉺光纖(105)后通過光纖耦合器(106)輸入至光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)(107)；步驟二、將固定平臺(tái)(108)用于固定摻鉺光纖(105)的一端，采用可變微位移平臺(tái)(109)實(shí)現(xiàn)對(duì)摻鉺光纖(105)的軸向拉伸，使摻鉺光纖(105)的長(zhǎng)度、激光模式的有效折射率和光纖雙折射產(chǎn)生變化；獲得雙折射產(chǎn)生變化的激光信號(hào)；步驟三、采用光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)(107)對(duì)通過摻鉺光纖(105)后傳入的光信號(hào)進(jìn)行反射，反射光信號(hào)再經(jīng)摻鉺光纖(105)后入射至光纖光柵(104)，光纖光柵(104)對(duì)滿足自身中心波長(zhǎng)的光信號(hào)進(jìn)行反射，經(jīng)光纖光柵(104)反射后的光信號(hào)再次經(jīng)過摻鉺光纖(105)入射至光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)(107)，光纖環(huán)形結(jié)構(gòu)(107)再次對(duì)入射光進(jìn)行反射，直至環(huán)形腔光纖激光諧振腔內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘?hào)的增益大于損耗時(shí)，環(huán)形腔光纖激光器產(chǎn)生工作波長(zhǎng)等于光纖光柵(104)中心波長(zhǎng)激光信號(hào)，光纖光柵(104)將該激光信號(hào)傳輸至波分復(fù)用器(103)；步驟四、波分復(fù)用器(103)將工作波長(zhǎng)等于光纖光柵(104)中心波長(zhǎng)的激光信號(hào)傳輸至光電探測(cè)器(110)，光電探測(cè)器(110)對(duì)產(chǎn)生雙折射變化的激光信號(hào)進(jìn)行拍頻解調(diào)，獲得產(chǎn)生頻率漂移的偏振模和多縱模拍頻信號(hào)；步驟五、采用頻譜采集模塊(111)對(duì)產(chǎn)生頻率漂移的偏振模和多縱模拍頻信號(hào)進(jìn)行頻譜采集，并經(jīng)數(shù)據(jù)處理模塊(112)對(duì)產(chǎn)生頻率漂移的偏振模和多縱模拍頻信號(hào)進(jìn)行分析處理，獲得偏振模和多縱模拍頻信...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：于秀娟，陳雪峰，劉盛春，張金濤，胡蘊(yùn)薪，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：黑龍江大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：黑龍江,23