基于非對稱分布反饋技術的傳感器制造技術

基于非對稱分布反饋技術的傳感器，屬傳感器領域，包括泵浦源，諧振腔，以及連通泵浦源和非對稱分布反饋諧振腔的波分復用耦合器，以及與耦合器相連接的解調電路，其特征在于所述諧振腔是非對稱分布反饋諧振腔。本實用新型專利技術可以明顯改善ＤＦＢ－ＦＬ的輸出特性，有效減小分布式反饋光纖激光器（ＤＦＢ－ＦＬ）的長度，從而進一步縮小體積、減輕重量、提高靈敏度。（*該技術在2018年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種動態應變、振動、聲波傳感器的傳感裝置，尤其涉及一種基于非對 稱分布反饋光纖激光器(NADFB-FL)技術的傳感器。(二)
技術介紹
振動傳感器正被廣泛應用在國民經濟的各部門，然而，電子基的振動傳感器體積大，易 受電磁干擾，傳感部件有電流與電壓的存在，這大大限制了其應用范圍，例如大型機電設備 在工作時會產生強電磁場及存在易燃、易爆氣體的場所，因此體積小、抗電磁干擾能力強、 易于多點復用、傳感元件不需帶電的光纖振動傳感器正成為研究的熱點。早期的光纖振動傳 感器都基于光學無源設計，大致分強度型、光纖干涉儀型、光纖光柵型(FBG)，這些技術極 大的推動了聲波探測技術的發展，也存在著精度較低、抗外界干擾差等方面的問題。上世紀 90年代發達國家的研究人員迅速開發出了分布反饋光纖激光(DFB-FL)型聲波傳感器，具有 比較高的靈敏度，大的動態范圍、非常小的體積，它還能很方便利用成熟的C波段波分復用 系統組成陣列，這為基于光學有源設計的光纖振動傳感器的研究奠定了基礎，如2004年12 月份刊的《光機電信息》雜志第8頁所提的DFB激光器既是此類用作光纖振動傳感器的器件。 但是由于傳統的對稱分布反饋光線激光型聲波傳感器它兩端輸出光強的對稱性，使得有相當 一部分光信號損失掉，效率比較低，靈敏度也有提高的潛力，體積也有減小的可能。(三)
技術實現思路
為克服現有技術的缺陷和不足，本技術提出了一種基于非對稱分布反饋技術的傳感器。一種基于非對稱分布反饋技術的傳感器，它包括泵浦源，諧振腔，以及連通泵浦源和諧 振腔的耦合器，以及與耦合器相連接的解調光路，其特征在于所述諧振腔是非對稱分布反饋諧振腔。所述泵浦源為980nm半導體激光器。 所述耦合器為波分復用耦合器。所述解調光路包括與波分復用耦合器連接的馬赫-貞德(Mach-Zenhder)干涉儀，以及 與其相連的密集波分復用(DWDM)模塊。上述波分復用即將不同的頻率放在一個單纖通道里邊，叫波分復用單纖多通道，為光通 訊領域術語。本技術在使用時，980nm泵浦光通過波分復用耦合器(WDM)耦合至工作波長在C波 段各個波長入l、 A 2、…入n的非對稱分布反饋(NADFB)傳感器諧振腔，由于外界聲波會影響諧振腔的腔長，使得輸出光信號的波長有一個微小的變化，這樣受到泵浦的非對稱分布 反饋光纖激光傳感器發出包含有振動信息的Al、 A 2、…An的信號光，信號光進入馬赫-貞德(Mach-Zenhder)干涉儀對波長信號解調，信號解調后進入密集波分復用系統(DWDM) 將各波長分開，各波長的光信號分別進入相應探測器轉化成電信號，經數據采集系統分析出 振動信號，這樣通過密集波分復用(DWDM)技術實現傳感器的陣列組成。參照國際電信聯盟 (ITU)在C波段波分復用波長間隔設計32波長的非對稱分布反饋光纖激光傳感器(NADFB-FL)， 可以實現單光纖32只傳感器的復用。本技術實現了基于非對稱分布反饋光纖激光器(NADFB-FL)技術的聲波振動傳感器。 它利用聲波對諧振腔的擾動改變激光器輸出波長拾取聲波信號，非對稱型諧振腔可有效改善 分布反饋光纖激光器(DFB-FL)的輸出特性。波長型傳感方式克服了光回路損耗的變化帶來的 噪聲，非對稱分布反饋光纖激光(NADFB-FL)傳感器的輸出波長單色性可以做的非常好(線 寬可小于20K Hz)，因此，這種傳感器具有極高的分辨率(可達100uPa)，通過適當的封裝 技術和解調方法可使它具有極高的靈敏度，成熟的波分復用技術使這種傳感器非常容易組成 陣列，NADFB-FL水聽器陣列的體積和重量在相同探測能力下可以減小到壓電陶瓷陣列的百 分之一。它將大大提高現有對稱分布反饋光纖激光傳感器(DFB-FL)的靈敏度，應用對"采 取靜音措施"，的水下武器的探測，也能廣泛應用于海洋石油勘探等領域。非對稱分布反饋 光纖激光(NADFB-FL)傳感器的技術能大大促進光學有源傳感領域的發展。非對稱分布反饋諧振腔的原理及其制作工藝傳統上主要存在著3種DFB激光器的設計方法，它們具有顯著區別的運轉特性。圖4是 一經典DFB激光器,它由折射率均勻調制的光柵構成，具有恒定的幅度和固定的周期。這一類 DFB激光器在不同波長的2個單縱模下運行，其波長與光柵帶隙的2個邊緣相對應,從光柵兩端 對稱地輸出功率Pleft和Pright ，且均等地分布在2個模式上,形成了雙波長雙向運轉方式。 然而實際中，單一波長單縱模運轉是我們所期望的。這一點，可通過在光柵的空間相位中引入 ^-相移來實現。如果相移發生在光柵中間位置，如圖4所示，由于有效諧振腔的對稱性，則兩 端輸出的功率是相等的。這樣的有效諧振腔提供單一縱模雙向運轉,激射波長與光柵布拉格 波長相對應。而如果將相移相對光柵中心非對稱地放置,如圖5所示，則能從光柵段較短的一 端獲得更大的激光功率輸出。在抽運源進纖功率65 mW時，測量到的前向端最大激光輸出功率約3 mW的光譜曲線，在此 路中未發現剩余的抽運光，而此時后向端口處則僅有約O. 3mW的激光輸出。并且，連續開機兩 小時以上,未觀測到峰值波長漂移和自脈動現象,且輸出功率起伏小于l %。非對稱分布反饋諧振腔的制作工藝與對稱分布反饋諧振腔的制作工藝大致相同光柵 設計方法運用于Er-Yb共摻光纖,其數值孔徑NA = 0.1921 ，纖芯半徑為2. 3 w m，截止波長為 1150 nm。摻Er濃度為3X1023 m—3 ，摻Yb濃度為3. 4 X薦nf3 ，光纖橫截面內的折射率分布是階躍型的，纖芯中所摻雜質均勻分布。將該光纖經過載氫處理后，在由相位掩膜所產生的 紫外干涉條紋模式下曝光，折射率光柵就在光敏層上形成了。在此光柵設計長度為50 rnm,輸 出激光中心波長在1550 nm。選擇耦合系數k和相移位置^的最佳值分別為150 m—'和 29鵬，Er-Yb共摻光纖長度略大于50mm ，并且在刻制光柵前在其兩端各焊接一段單模光纖，既 便于實現單模運轉，也有利于與其它通信器件連接。本技術的有益效果可根據對上述方案的敘述得知，由于所述非對稱分布反饋諧振腔 相移位置不在中間或者折射率調制深度不同，產生的激光將從一端輸出為主，我們利用主要 輸出端的光作為光信號，這樣提高了對光的利用率，且由于聲波等外界影響對諧振腔的影響 兩邊不對稱，提高了對外界響應的靈敏度。利用活塞式或者牙齒狀的封裝結構對所述傳感器 進行封裝，可以進一步提高靈敏度，并且達到輕便小巧的目的。采用C波段的密集波分復用 技術實現非對稱分布反饋(NADFB)傳感器陣列，可以觀察到不同波長的光對聲波信號的響 應，提高了該傳感器的精度。本技術可以明顯改善DFB-FL的輸出特性，有效減小分布式反饋光纖激光器 (DFB-FL)的長度，從而進一步縮小體積、減輕重量、提高靈敏度。附圖說明圖1利用密集波分復用(DWDM)系統組成非對稱分布反饋光纖激光(NADFB-FL)傳感器 陣列的示意圖；圖2是非對稱分布反饋光纖激光器的泵浦光路；圖3是NADFB-FL對聲波的 響應測試系統；圖4是對稱分布反饋諧振腔折射率分布圖；圖5是相移位置型NADFB諧振腔 折射率分布圖；圖6是用于聲波振動傳感的活塞式封裝。其中1、泵浦源本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于非對稱分布反饋技術的傳感器，它包括泵浦源，諧振腔，以及連通泵浦源和諧振腔的耦合器，以及與耦合器相連接的解調光路，其特征在于所述諧振腔是非對稱分布反饋諧振腔。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：常軍，王青圃，陳廣，于光義，劉復俊，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：實用新型
國別省市：88[中國|濟南]