基于D形DBR光纤激光器的传感技术研究

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光纤是一种体积小、质量轻、抗电磁干扰、抗辐射性能好的光波导,工作频带宽,在通信领域得到广泛的应用。与此同时,人们也将光纤应用到传感技术中,光纤传感具有结构紧凑、可复用、耐腐蚀性强等优势,因此光纤传感技术被人们广泛的研究,近年来光纤传感被应用于各种学科领域,如基础科学,工程,航空航天,医学等。光纤传感之所以能够不断发展,主要归功于人们对基础原理、材料性质和光纤结构的不断探索。光纤传感技术通常利用光信号的强度、偏振、波长及相位作为传感参量,然而光谱分析仪的光谱分辨率限制了光纤传感器件的探测极限,使得分辨率难于进一步的提高。随着人们对光学基础原理的探索,人们发现借助于拍频手段将光信号的频率降到GHz量级,然后利用光电探测器将光信号转化为微波信号。将光纤传感中的探测信号由光谱信号转变为频谱信号,这样可以大大提高传感的分辨率,从而实现高精度的光纤传感。掺铒光纤的出现为光纤激光器的实现提供了可能性,一种简单紧凑的光纤激光器结构—分布式布拉格反射(DBR)成功被研制出来,该结构能够持续稳定的输出单纵模激光,且具有较高的信噪比,深受光纤通信和光纤传感领域的青睐。本文提出了一种基于D形DBR光纤激光器的光纤传感器,该传感器可以同时实现轴向拉力和折射率的测量。该DBR结构是在一段长度为45 mm的铒镱共掺光纤上刻写长度分别为16 mm和24 mm的两段光纤布拉格光栅,然后利用轮式侧抛系统对DBR的结构进行加工,这样可以为DBR光纤激光器引入一定的双折射,同时可以提高器件的传感性能。该装置的工作原理是DBR受到的轴向拉力和外界折射率的变化都会引起DBR结构双折射的改变,从而引起DBR光纤激光器输出的两个正交偏振模式光拍频信号频率的改变,因此,可将激光输出的两偏振模式光的拍频信号用于测量DBR受到的轴向拉力和外界环境的折射率。这种器件制造工艺简单、成本低,轴向拉力和折射率分辨率高,其轴向应力分辨率可达到5.6014×10-8N,折射率分辨率可达到1.9259×10-5 RIU。
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