超宽带宽光纤边缘滤波器及功率解调传感系统

技术领域

本发明属于光纤传感和光纤通信技术领域，特别涉及一种基于写入在渐变折射率光纤的长周期光纤光栅的超宽带宽光纤边缘滤波器，及基于此器件构建的两种功率解调传感系统，即第一种功率解调传感系统与第二种功率解调传感系统。

背景技术

光纤光栅传感器能够响应温度、扭转、应变、折射率等物理参数，在力学、生物、化学和环境传感等领域得到了广泛的应用。迄今为止光纤光栅传感器解调方法主要两种：即波长解调法和功率解调法。在波长解调法中，为了在较大的范围内精确的检测传感探头微小的波长漂移, 需要使用宽带宽光源和高分辨率的光谱仪来构建传感系统。然而上述仪器有着高成本，笨重，扫描时间长等缺点。这些缺点不可避免地使波长解调法难于应用于原位测量及实时检测。而在功率解调法中，通常需要附加一个拥有线性透射光谱的边缘滤波器，它可以将光纤传感探头的波长漂移线性地转化为光输出功率的变化。因此可以用光功率计（或光电探测器）替换昂贵笨重的光谱仪，以简化测量系统，提供比波长解调法更快速、更经济的测量。然而现有的所有的边缘滤波器的带宽都很窄（波长线性区域不超过15 nm），不能用于大量程传感和多探头传感的功率解调。

发明内容

针对以上问题，本发明目的在于提供一种基于写入在渐变折射率光纤的长周期光纤光栅的超宽带宽光纤边缘滤波器实现方法，并基于上述超宽带宽光纤边缘滤波器提出两种功率解调传感系统，即第一种功率解调传感系统与第二种功率解调传感系统。

本发明的技术方案之一为，一种基于写入在渐变折射率光纤的长周期光纤光栅的超宽带宽光纤边缘滤波器，具体如下：

所提出的超宽带宽光纤边缘滤波器结构由单模光纤（SMF

写入在渐变折射率光纤的长周期光纤光栅把从SMF

本发明的技术方案之二为，第一种功率解调传感系统，其特征在于采用权利要求1所述的超宽带宽光纤边缘滤波器作为功率询问器件，具体如下：

将权利要求1所述的超宽带宽光纤边缘滤波器只作为功率询问器件，与波长响应型光纤传感探头（如布拉格光纤光栅）、宽带宽光源、光纤耦合器及光功率计(或光电探测器)组成功率解调传感器系统，如果是反射式波长响应型光纤传感探头（如布拉格光纤光栅）需要追加光纤环形器。超宽带宽光纤边缘滤波器可将波长反馈型光纤传感探头的波长变化转换成光强度变化，通过监视光功率计(或光电探测器)的光功率可实现传感参数解调。

本发明的技术方案之三为，第二种功率解调传感系统，其特征在于采用权利要求1所述的超宽带宽光纤边缘滤波器既作为功率询问器件又作为传感探头，具体如下：

将权利要求1所述的超宽带宽光纤边缘滤波器独立作为功率解调式长周期光纤光栅传感器，同时发挥功率询问和传感探头两个作用。将其和单波长激光器、光纤耦合器、及光功率计(或光电探测器)组成功率解调传感器系统。当被传感量发生变化时，超宽带宽光纤边缘滤波器光谱发生整体漂移，线性边缘可将波长变化转换成光功率变化，通过监视光功率计(或光电探测器)的光功率可实现传感参数解调。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明所提出的基于写入在渐变折射率光纤的长周期光纤光栅的超宽带宽光纤边缘滤波器有着非常大的线性动态范围（带宽）；

(2)本发明所提出的权利要求1所述的超宽带宽光纤边缘滤波器构建的两种功率解调传感系统（即第一种功率解调传感系统与第二种功率解调传感系统）可去除传统波长解调传感系统中必须要使用的昂贵且笨重的光谱仪，具有响应速度快、成本低、体积小、可靠性高等优点。

附图说明

图1、提出的超宽带宽光纤边缘滤波器结构示意图；

图2、提出的超宽带宽光纤边缘滤波器的透射光谱图；

图3、基于提出的超宽带宽光纤边缘滤波器和布拉格光纤光栅传感探头构建的第一种功率解调传感系统构成图；

图4、基于提出的超宽带宽光纤边缘滤波器和布拉格光纤光栅传感探头构建的第一种功率解调传感系统的工作原理示意图；

图5、基于提出的超宽带宽光纤边缘滤波器单独构建的第二种功率解调传感系统构成图；

图6、基于提出的超宽带宽光纤边缘滤波器单独构建的第二种功率解调传感系统的工作原理示意图。

其中，图1中的SMF

具体实施方式

实施例1

一种基于写入在渐变折射率少模光纤的螺旋型长周期光纤光栅的超宽带宽光纤边缘滤波器。如图1表示，其构造由单模光纤（SMF

具体制作过程为先将两段单模光纤通过光纤熔接机与一个渐变折射率少模光纤左右熔接，随后在渐变折射率少模光纤上进行长周期光纤光栅的刻写。刻写工艺可多种多样，作为例子采用搭建的二氧化碳激光器自动加工平台，通过周期性的扭转被加热后的渐变折射率少模光纤的方式制得螺旋型长周期光纤光栅（HLPG），光栅周期通过调节加工平台搭载的光纤平移电控台和光纤扭转电控马达来精准控制。

上述HLPG把LP

实施例2

第一种功率解调传感系统。如图3所示，作为例子将基于写入在渐变折射率少模光纤的螺旋型长周期光纤光栅的超宽带宽光纤边缘滤波器与1个宽带宽光源、1个光纤环形器、1个光纤布拉格光栅传感器、1个光纤耦合器及两个光电探测器组成功率解调传感系统。

其中光源出射的宽带宽光通过光纤环形器流入光纤布拉格光栅，符合布拉格波长的光被反射。反射光通过光纤环形器流入光纤耦合器。经光纤耦合器分束的一路光的光功率P

如图4所示，超宽带宽光纤边缘滤波器大范围的将光纤布拉格光栅传感器的波长变化转换成光功率变化，因此通过监视光功率变化

实施例3

第二种功率解调传感系统。如图5所示，作为例子将基于写入在渐变折射率少模光纤的螺旋型长周期光纤光栅的超宽带宽光纤边缘滤波器与1个单波长光源、1个光纤耦合器及两个光电探测器组成功率解调传感系统。

其中光源出射的单波长光流入光纤耦合器，经光纤耦合器分束的一路光的光功率P

如图6所示，超宽带宽光纤边缘滤波器同时是功率询问器和螺旋长周期光纤光栅传感器。当被传感量（如扭转、温度、应变等）变化时，其光谱整体发生漂移，线性边缘将波长变化即转换成光功率变化，因此通过监视光功率变化