专利名称：基于光纤激光器的弯曲半径测量仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种弯曲半径测量仪。特别是涉及一种利用正交偏振的单纵模光纤激光器中增益光纤对弯曲敏感的特性，将其中的增益光纤作为传感基质，可以测量增益光纤的弯曲半径的基于光纤激光器的弯曲半径测量仪。
背景技术：
DBR光纤激光器由两个波长匹配的光纤Bragg光栅做腔镜，单模掺铒光纤作为增益介质构成线性谐振腔。DBR光纤激光器要求DBR光纤激光器工作在单纵模状态，就必须要求腔长足够短，从而在激光器的自由光谱范围内只有一个纵模存在。由于任何一个纵模都有正交偏振的两个简并的偏振态，一旦腔内引起双折射的变化，两个偏振态不再简并，产生拍频。此拍频信号可以直接由光电探测器转化为电信号并由频谱分析设备测量得到。
根据此DBR激光器的原理特性，其拍频除与光纤光栅的波长有关之外，还与增益光纤的双折射有关。如增益光纤为单模光纤时，它的双折射主要是由两种原因引起，光纤芯截面几何尺寸的偏差与光弹效应产生的机械应力。光纤材料石英有很高的杨氏模量，这决定了光纤制成后几乎不可能再有形状的变化。但外来应力可以通过光弹效应引起光纤的感应双折射。当增益光纤弯曲时，其双折射率也将发生变化，进而引起其出射激光的拍频发生变化。因此，通过检测拍频变化，可以推知增益光纤的弯曲半径。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种利用光纤作为传感器件，利用DBR激光器的拍频效应，将传感光纤所在部位的弯曲半径的变化转换为激光器拍频的变化，通过检测这种拍频变化来达到测量弯曲半径的目的基于DBR激光器的弯曲半径测量仪。
本发明所采用的技术方案是一种基于光纤激光器的弯曲半径测量仪，包括有单模光纤，光波分复用器，还设置有光纤激光器，光纤泵浦源，隔离器，光电探测器，频谱分析装置，其中，所述的光纤激光器通过单模光纤与光波分复用器连接，光波分复用器分别通过单模光纤与光纤泵浦源以及隔离器相连，隔离器与光电探测器、频谱分析装置依次串联连接。
所述的光纤激光器采用DBR的线性腔结构。
所述的光纤激光器为DBR光纤激光器，包括有传感光纤和波长匹配的光纤光栅对，其中，传感光纤连接在一对波长匹配的光纤光栅对之间。
所述的传感光纤采用能由弯曲引起光纤双折射以至光纤激光器产生拍频变化的增益光纤构成。
所述的泵浦源采用光纤泵浦激光器。
还可以采用具有反射特性的光学器件取代波长匹配的光纤光栅对构成光纤激光器。
本发明的基于光纤激光器的弯曲半径测量仪，采用光纤作为传感器件，基于光纤本身的优点，这种弯曲传感器件具有结构紧凑、测量精度高、抗干扰，耐腐蚀，适合在恶劣环境下工作等特点。同时，测量方式上不同于光纤中传统的波长检测的方式，而是利用正交偏振的单纵模DBR光纤激光器为传感元件。采用频谱仪进行拍频解调。因而具有性价比高等优点。
图1是本发明的整体结构示意图。
其中 1传感光纤 2.波长匹配的光纤光栅对 3单模光纤 4光波分复用器 5光纤泵浦源 6隔离器 7光电探测器 8频谱分析装置 9光纤激光器
具体实施例方式 下面结合实施例和附图对本发明的基于光纤激光器的弯曲半径测量仪做出详细说明。
本发明利用光纤作为传感器件，并利用DBR激光器的拍频进行测量分析。采用改变激光器谐振腔的双折射的方式改变激光器的拍频，通过检测拍频的变化测量双折射的变化，从而测量弯曲半径。其特点是弯曲导致传感光纤产生感生双折射，从而导致激光器拍频的变化，通过频谱仪测量激光器拍频的变化来感测弯曲半径的大小。
如图1所示，本发明的光纤激光器的弯曲半径测量仪，包括有光纤激光器9，单模光纤3，光波分复用器4，光纤泵浦源5，隔离器6，光电探测器7，频谱分析装置8，其中，所述的光纤激光器9通过单模光纤3与光波分复用器4连接，光波分复用器4分别通过单模光纤3与光纤泵浦源5以及隔离器6相连，隔离器6与光电探测器7、频谱分析装置8依次串联连接。所述的光纤激光器9采用DBR的线性腔结构。所述的泵浦源5采用光纤泵浦激光器。
上述的光纤激光器9为DBR光纤激光器，包括有传感光纤1和波长匹配的光纤光栅对2，其中，传感光纤1连接在一对波长匹配的光纤光栅对2之间。其中，所述的传感光纤1采用能由弯曲引起光纤双折射以至光纤激光器产生拍频变化的增益光纤构成。
根据增益光纤1的吸收波长，可以选用相应的泵浦源5的工作波长。如增益光纤1选用单模掺铒光纤时，泵浦源5的工作波段为980nm或1480nm。匹配光纤光栅对2的中心波长为1542.000nm。传感用增益光纤1采用15mm的掺铒光纤。光电探测阵列7采用10G的APD光电探测器。单模光纤3采用1550nm波段的单模光纤。
本发明中还可以采用具有反射特性的光学器件取代波长匹配的光纤光栅对2构成光纤激光器9，如采用光学反射镜片、光纤环镜等作为反射腔镜构成光纤激光器。
本发明的测试原理是 对于正交偏振的单纵模DBR光纤激光器，设增益光纤外半径为r，当光纤弯曲成半径R(R＞＞r)时感生双折射δβ＝βy-βx可以表示为 式中σ是SiO2的泊松(Poisson)比，SiO2的σ≈0.16，P11＝0.12，P12＝0.27，n＝1.46。因此得到 由于光纤有固有双折射B0，设弯曲产生的感应双折射与固有双折射之间的轴向夹角为θ，则矢量叠加得到总的双折射度为 由于腔内双折射，激光器谐振腔内产生两个正交偏振的不同模式的光束，两个模式之间的频差为 可以简化写为 上式表明，此DBR光纤激光器的输出拍频Δv与增益光纤所在的弯曲半径R成函数关系。
所以本发明，当传感光纤(增益光纤)处于不同的曲率半径R时，可以在频谱分析装置8处测量得到该正交偏振的单纵模DBR光纤激光器产生不同的拍频，并且拍频的平方随着弯曲半径平方的倒数成二次多项式变化。
权利要求
1.一种基于光纤激光器的弯曲半径测量仪，包括有单模光纤(3)，光波分复用器(4)，其特征在于，还设置有光纤激光器(9)，光纤泵浦源(5)，隔离器(6)，光电探测器(7)，频谱分析装置(8)，其中，所述的光纤激光器(9)通过单模光纤(3)与光波分复用器(4)连接，光波分复用器(4)分别通过单模光纤(3)与光纤泵浦源(5)以及隔离器(6)相连，隔离器(6)与光电探测器(7)、频谱分析装置(8)依次串联连接。
2.根据权利要求1所述的基于光纤激光器的弯曲半径测量仪，其特征在于，所述的光纤激光器(9)采用DBR的线性腔结构。
3.根据权利要求1所述的基于光纤激光器的弯曲半径测量仪，其特征在于，所述的光纤激光器(9)为DBR光纤激光器，包括有传感光纤(1)和波长匹配的光纤光栅对(2)，其中，传感光纤(1)连接在一对波长匹配的光纤光栅对(2)之间。
4.根据权利要求3所述的基于光纤激光器的弯曲半径测量仪，其特征在于，所述的传感光纤(1)采用能由弯曲引起光纤双折射以至光纤激光器产生拍频变化的增益光纤构成。
5.根据权利要求1所述的基于光纤激光器的弯曲半径测量仪，其特征在于，所述的泵浦源(5)采用光纤泵浦激光器。
6.根据权利要求3所述的基于光纤激光器的弯曲半径测量仪，其特征在于，还可以采用具有反射特性的光学器件取代波长匹配的光纤光栅对(2)构成光纤激光器(9)。
全文摘要
本发明公开一种基于光纤激光器的弯曲半径测量仪，有单模光纤，光波分复用器，还设置有光纤激光器，光纤泵浦源，隔离器，光电探测器，频谱分析装置，其中，所述的光纤激光器通过单模光纤与光波分复用器连接，光波分复用器分别通过单模光纤与光纤泵浦源以及隔离器相连，隔离器与光电探测器、频谱分析装置依次串联连接。光纤激光器采用DBR的线性腔结构。光纤激光器由传感光纤和波长匹配的光纤光栅对组成，传感光纤连接在一对波长匹配的光纤光栅对之间。传感光纤采用增益光纤构成。本发明采用光纤作为传感器件，这种弯曲传感器件具有结构紧凑、测量精度高、抗干扰，耐腐蚀，适合在恶劣环境下工作等特点。测量方式上是利用正交偏振的单纵模DBR光纤激光器为传感元件。
文档编号H01S3/06GK101236075SQ200810052349
公开日2008年8月6日 申请日期2008年2月29日 优先权日2008年2月29日
发明者波 刘, 关柏鸥, 罗建花, 兰玉文, 周海滨, 开桂云 申请人:南开大学