基于單邊帶掃頻調(diào)制的光纖激光靜態(tài)應(yīng)變拍頻解調(diào)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于單邊帶掃頻調(diào)制的光纖激光靜態(tài)應(yīng)變拍頻解調(diào)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著光電子技術(shù)的不斷發(fā)展，上個世紀90年代末以來，出現(xiàn)了以分布反饋光纖激光器(DFB-FL)和分布反射光纖激光器(DBR-FL)作為傳感元件的新一代傳感器，它是光纖傳感領(lǐng)域近年來的一個研究熱點。除了具有普通FBG傳感器結(jié)構(gòu)簡單、抗電磁干擾、尺寸小和易于通過波分復(fù)用組建傳感網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點之外，還具有單頻、窄線寬、高功率、超低噪聲等獨特優(yōu)勢。結(jié)合高分辨率波長解調(diào)技術(shù)，它能夠?qū)崿F(xiàn)超高靈敏度的信號探測，在微弱信號探測方面有著不可比擬的優(yōu)勢。
[0003]有源光纖光柵器件(例如分布反饋光纖激光器、分布反射光纖激光器)，具有極窄的線寬(kHz量級)，比傳統(tǒng)的無源光柵器件(例如光纖光柵、光纖光柵法珀干涉儀、相移光柵)要窄3個量級以上，越窄的線寬意味著更高精度的波長/應(yīng)變測試。
[0004]雖然早就有研究把分布反饋光纖激光器、分布反射光纖激光器用于高精度的應(yīng)變測量，比如干涉式相位解調(diào)技術(shù)(F.Li，et al.,“Fiber laser sensing technology andits applicat1ns，” Infrared and Laser Engineering，2009)、偏振激光拍頻解調(diào)技術(shù)(B.0.Guan, et al.，‘‘Dual polarizat1n fiber grating laser hydrophone，，，OpticsExpress，2009)、3 X 3 f禹合器解調(diào)技術(shù)等(Y.Liu，et al.,“Fiber laser sensing systemand its applicat1ns”，Photonic Sensors，2011)。但這些技術(shù)都只能實現(xiàn)動態(tài)應(yīng)變解調(diào)，低頻段很難降到IHz以下，還沒有見到將有源光纖光柵用于超高精度的靜態(tài)/超低頻應(yīng)變測量的報道。
[0005]鑒于此，本發(fā)明提出一種基于單邊帶掃頻調(diào)制的光纖激光靜態(tài)應(yīng)變拍頻解調(diào)系統(tǒng)，首先采用PDH穩(wěn)頻技術(shù)將窄線寬激光光源鎖定在一個穩(wěn)頻源上，然后通過一個抑制載波單邊帶調(diào)制器實現(xiàn)窄線寬激光的調(diào)諧，并且把這個可調(diào)諧的激光與兩個光纖激光器同時進行拍頻(兩個光纖激光器，其中一個為傳感用光纖激光器、一個為溫度補償用光纖激光器)；并且通過數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)測量這兩組拍頻信號頻率變化值的延時、或者拍頻頻率差來實現(xiàn)傳感用光纖激光器的應(yīng)變解調(diào)。這項技術(shù)可以實現(xiàn)光纖激光器的高精度靜態(tài)應(yīng)變解調(diào)，重點解決現(xiàn)有光纖激光器解調(diào)技術(shù)不能實現(xiàn)高精度靜態(tài)應(yīng)變測量、可調(diào)諧激光掃頻非線性對解調(diào)精度的影響等問題，同時可以解決窄線寬激光光源波長或頻率漂移對解調(diào)精度的影響問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術(shù)問題
[0007]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的是提供一種基于單邊帶掃頻調(diào)制的光纖激光靜態(tài)應(yīng)變拍頻解調(diào)系統(tǒng)，以實現(xiàn)光纖激光器的高精度靜態(tài)應(yīng)變測量，解決現(xiàn)有光纖激光器解調(diào)技術(shù)不能實現(xiàn)高精度靜態(tài)應(yīng)變測量、可調(diào)諧激光掃頻非線性對解調(diào)精度的影響等問題，同時解決窄線寬激光光源波長或頻率漂移對解調(diào)精度的影響問題。
[0008]( 二)技術(shù)方案
[0009]為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于單邊帶掃頻調(diào)制的光纖激光靜態(tài)應(yīng)變拍頻解調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括栗浦源1、耦合器2、第一波分復(fù)用器31、第二波分復(fù)用器32、第一偏振控制器41、第二偏振控制器42、傳感用光纖激光器5、參考用光纖激光器6、第一隔離器71、第二隔離器72、第一合束器81、第二合束器82、第一寬頻帶光電探測器91、第二寬頻帶光電探測器92、控制處理器17、窄線寬激光光源15、第三隔離器73、第三偏振控制器43、第三合束器83、抑制載波單邊帶調(diào)制器10、第四合束器84、掃頻信號發(fā)生器11、相位調(diào)制器13、射頻信號發(fā)生器12、穩(wěn)頻源14和光電探測器16，其中:栗浦源I發(fā)出的光通過耦合器2被一分為二，其中一束光依次通過第一波分復(fù)用器31和第一偏振控制器41進入傳感用光纖激光器5，使得傳感用光纖激光器5激射出一束1550nm窄線寬激光，該窄線寬激光反射進入第一隔離器71，再進入第一合束器81中；另一束光依次通過第二波分復(fù)用器32和第二偏振控制器42進入?yún)⒖加霉饫w激光器6，使得參考用光纖激光器6激射出一束1550nm窄線寬激光，該窄線寬激光反射進入第二隔離器72，再進入第二合束器82中；同時，窄線寬激光光源15發(fā)出的光，依次通過第三隔離器73和第三偏振控制器43進入第三合束器83被一分為二，其中一束光依次通過相位調(diào)制器13、穩(wěn)頻源14、光電探測器16進入用于信號采集處理的控制處理器17實現(xiàn)窄線寬激光光源的頻率鎖定；另一束光通過一個抑制載波單邊帶調(diào)制器10進入第四合束器84再次被一分為二，分別進入第一合束器81和第二合束器82中，進入第一合束器81的光與傳感用光纖激光器5激射出的窄線寬激光匯合，進入到第一寬頻帶光電探測器91中進行拍頻，進入第二合束器82的光與參考用光纖激光器6激射出的窄線寬激光匯合，進入到第二寬頻帶光電探測器92中進行拍頻。
[0010]上述方案中，所述傳感用光纖激光器5是一種有源光纖光柵，用于感受外界應(yīng)變作用，傳感用光纖激光器5反射激光波長的變化量直接反映了應(yīng)變信號的大小。
[0011]上述方案中，所述參考用光纖激光器6是一種有源光纖光柵，用于實現(xiàn)傳感用光纖激光器5的溫度補償。
[0012]上述方案中，所述窄線寬激光光源15，用于產(chǎn)生窄線寬激光，并通過第三合束器83將窄線寬激光一分為二，其中一束激光用于窄線寬激光光源15頻率鎖定，另一束激光與傳感用光纖激光器5、參考用光纖激光器6分別進行拍頻，用于實際的應(yīng)變傳感解調(diào)。所述窄線寬激光光源15通過PDH鎖頻技術(shù)將其中心波長鎖定在穩(wěn)頻源14的色散光譜上，實現(xiàn)窄線寬激光光源14的頻率穩(wěn)定。
[0013]上述方案中，所述窄線寬激光光源15的輸出激光，與傳感用光纖激光器5、參考用光纖激光器6的反射激光具有相近的線寬，并且窄線寬激光光源15輸出激光的中心波長與傳感用光纖激光器5、參考用光纖激光器6反射激光的中心波長也相近。所述傳感用光纖激光器、參考用光纖激光器是分布反饋式(DFB)有源光纖光柵或分布反射式(DBR)有源光纖光柵；所述窄線寬激光光源為商用的半導(dǎo)體激光器或者商用的光纖激光器。
[0014]上述方案中，所述抑制載波單邊帶調(diào)制器10由所述掃頻信號發(fā)生器11來驅(qū)動，用于實現(xiàn)窄線寬激光的波長或頻率的可調(diào)諧。所述抑制載波單邊帶調(diào)制器10是抑制載波單邊帶鈮酸鋁調(diào)制器，其帶寬大于傳感用光纖激光器5、參考用光纖激光器6的中心波長差，以利于拍頻解調(diào)。
[0015]上述方案中，所述相位調(diào)制器13，通過一個射頻信號發(fā)生器12，結(jié)合一個穩(wěn)頻源14和一個光電探測器16組成一個典型的PDH鎖頻光路，用于實現(xiàn)窄線寬激光光源15的頻率或波長的鎖定。
[0016]上述方案中，所述第一隔離器71用于隔離1550nm激光返回到傳感用光纖激光器
5中，以免對傳感用光纖激光器5的信號產(chǎn)生干擾；所述第二隔離器72用于隔離1550nm激光返回到參考光纖激光器6中，以免對參考光纖激光器的信號產(chǎn)生干擾。
[0017]上述方案中，所述第一寬頻帶光電探測器91和第二寬頻帶光電探測器92，用于實現(xiàn)傳感用光纖激光器5、參考用光纖激光器6與窄線寬激光光源光學(xué)頻率差的測量，并將其轉(zhuǎn)換為電學(xué)的拍頻信號，通過控制處理器17實現(xiàn)拍頻電壓信號的數(shù)據(jù)采集和處理；拍頻電壓信號的頻譜信息反映了窄線寬可調(diào)諧激光器15與傳感用光纖激光器5、參考用光纖激光器6的光學(xué)波長或頻率差信息。所述探測器9和控制處理器17的帶寬大于窄線寬可調(diào)諧激光光源15與傳感用光纖激光器5、或參考用光纖激光器6的波長差或頻率差。
[0018]上述方案中，所述控制處理器17，用于掃頻信號發(fā)生器11、射頻信號發(fā)生器1