一种基于特殊等效相移的光纤光栅双波长激光器及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于特殊等效相移的光纤光栅双波长激光器及装置。该装置的激光器的光纤光栅包括长度相同、取样周期相同但取样占空比不同的两段取样光栅，前后部分的取样占空比分别为γ、(1‑γ)，γ值的大小在0.2到0.4之间；在这个取样布拉格光栅中，一个等效π相移被同时引入到其±1级影子光栅中。本发明专利技术的装置能在抑制零级信道激射的同时，在取样光栅的±1级信道引发双波长激射；温度探测器可消除因温度变化而导致光栅周期波动对测量结果的影响；加速度探测器能放大因加速度而使光纤光栅产生的额外应变；这种特殊等效相移光纤光栅的加工难度和制造成本低；加速度测定装置的各个探测头能同时反映测定的加速度大小和方向情况。

【技术实现步骤摘要】
一种基于特殊等效相移的光纤光栅双波长激光器及装置
本专利技术属于光电子
，涉及光纤通信、光电传感及光电信息处理。本专利技术是一种基于特殊等效相移光纤光栅双波长激光器的温度或加速度探测头及装置，在不受应力影响光纤光栅长度保持不变时，两个波长激光的拍频会随环境温度的改变而变化；在环境温度保持不变时，两个波长激光的拍频能随加速度的大小和方向发生变化。
技术介绍
用光纤光栅激光器制成的传感器，由于其结构简单紧凑，测量精度高，能与现有光纤网络互联成网，因而在现代生产技术中受到了广泛的关注。在这些传感器中，许多双波长光纤光栅激光器的两个激射波长的频率差(拍频)，会随着环境温度、应力(应变)、加速度等因素发生变化，用光电探测器结合电频谱仪测出这个频率差(拍频)，就可以感知温度、应力(应变)、加速度等物理量。要形成稳定且功率均衡的双波长激光输出，一种可行的做法是用两个长度相同，中间位置都有一相移，且透射谱中心波长都处在增益光纤增益中心区域的光纤光栅，来制作双波长光纤光栅激光器。在实际的光纤光栅激光器中，通常用掺铒光纤或掺镱铒光纤作为增益光纤。由于光纤光栅的光栅周期一般是亚微米量级，因此要制作真实相移光栅，通常需要用到高精度的电子束刻写设备。这就带来了真实相移光栅制作成本高，刻写效率低下的问题。为此，南京大学陈向飞课题组提出重构－等效啁啾技术，用取样光栅来代替普通光栅，用等效相移来代替真实相移，以获得与真实相移光栅相同透射(反射)特性的等效相移光栅。在基于重构－等效啁啾技术的取样光栅光纤激光器中，通常在其选作激射信道的±1级子光栅中，通过引入等效相移的方式，来降低其激射阈值。但由于零级子光栅(种子光栅同)中折射率调制强度要比±1级子光栅中大得多，因而通常其简并的两个零级主模仍然先于±1级子光栅主模发生激射。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术提出了一种基于特殊等效相移光纤光栅双波长激光器的温度或加速度探测头装置。为了能够减轻相移光栅中相移制造的难度和成本，本专利技术中采用特殊等效相移取样光栅来代替真实相移光栅。与此同时，为保证激光器±1级信道发生激射时，零级信道的激射被有效抑制，其光栅结构选用长度相同、取样周期相同但取样占空比不同，前一部分的取样占空比为γ，后一部分的取样占空比则为(1-γ)，γ值的大小在0.2到0.4之间的两段取样光栅组成的取样光栅。为达到最佳的抑制零级信道激射效果，通常可在±1级影子光栅中引入等效π相移。本专利技术装置在用作温度探测头时，可采用对光纤光栅预施加拉伸应力，并固定于热膨胀系数为零(或可忽略不计)材料制成的支架上的方法，来消除热胀冷缩对测量结果的影响。本专利技术装置在用作加速度探测头时，其光纤支架采取的悬挂梁结构，可放大因外界应力而使光纤光栅产生的额外应变。本专利技术的技术方案是：本专利技术提供一种基于特殊等效相移的光纤光栅双波长激光器，所述激光器的光纤光栅包括长度相同、取样周期相同的两段取样光栅，所述两段取样光栅的取样占空比不同，前一部分的取样占空比为γ，后一部分的取样占空比则为(1-γ)，γ值的大小在0.2到0.4之间；在这个取样布拉格光栅中，一个等效π相移被同时引入到其±1级影子光栅中。本专利技术还提供一种温度或加速度探测头，包括所述的激光器，在加载预应变的情况下，所述激光器被固定在一个热膨胀系数为零或可忽略不计的支架上。作为本专利技术的进一步改进，所述支架包括底盘部分和与垂直于底盘设置的悬挂梁部分，所述悬挂梁部分采用悬挂梁式结构，用于放大因外界应力或加速度而使光纤光栅产生的额外应变。作为本专利技术的进一步改进，所述激光器被装置在绝热环境或温度恒定的环境中。作为本专利技术的进一步改进，所述光纤光栅表面涂敷有50～100微米厚的增强抗拉伸能力的涂敷层。本专利技术还提供一种温度或加速度测定装置，包括泵浦半导体激光器、泵浦光隔离器、可调光衰减器、光探测器、频谱仪、所述的温度或加速度探测头；所述探测头的光路的两个外侧，分别与泵浦光隔离器相连接，用泵浦半导体激光器作泵浦光源，使泵浦激光从一个泵浦光隔离器注入，则能从另一个泵浦光光隔离器得到双波长激光输出，输出激光通过可调光衰减器衰减后，进入光探测器，在光探测器后连接测量范围能覆盖两个波长激光拍频信号最高频率的频谱仪。本专利技术还提供一种加速度测定装置，由三组所述的加速度测定装置相互垂直安装在一起组成。本专利技术的有益效果是：(1)由于采用了取样光栅并引入了特殊等效相移，能在抑制零级信道激射的同时，在取样光栅的±1级信道同时引发双波长激射。与其他双波长光纤光栅激光器相比，本专利技术结构最为简单，加工制作方便，发光效率高，生产成本低。热膨胀系数为零(或可忽略不计)的材料制成光纤光栅固定支架，且在安装固定光纤光栅时采取了预载一定量拉伸应变的措施，这种方法可消除因温度变化而导致光栅周期波动对测量结果的影响。(2)在作加速度探测器时，由于采用了悬挂梁式结构，固定光纤光栅所用支架能放大因加速度而使光纤光栅产生的额外应变。这种结构增大了测量结果的灵敏度。(3)由于用特殊等效相移取样光栅来替代真实相移光栅，光纤光栅的加工难度和制造成本有很大降低。(4)三组这种双波长光纤激光器探测头，相互垂直安装在一起组成的加速度测定装置，各个探测头获得的双波长激光的拍频信号的大小变化，能同时反映测定的加速度大小和方向情况。附图说明图1是本专利技术特殊等效π相移取样光栅结构示意图；图2是真实π相移光栅结构示意图；图3是特殊等效相移取样光栅刻写方法示意图；图4是本专利技术探测头支架悬挂梁式结构示意图；图5是本专利技术基于特殊等效π相移光纤光栅双波长激光器的探测头光路及工作原理示意图。图中：1、载氢增益光纤；2、相位掩模板；3、紫外光束；4、可移动反射镜；5、右视图剖切线；6、铟钢配重块；7、铟钢弹簧片；8、铟钢底盘；9、特殊等效π相移光纤光栅。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行进一步详细说明。本专利技术基于特殊等效相移双波长光纤光栅激光器的温度或加速度探测头装置，所述探测头由一个长度相同、取样周期相同但取样占空比不同，前一部分的取样占空比为γ，后一部分的取样占空比则为(1-γ)，γ值的大小在0.2到0.4之间的两段取样光栅组成，且在光纤光栅中事先被引入了一个特殊等效相移。由于采取了非对称的取样结构，并在光栅中间引入了一个特殊的等效相移，这个光纤光栅的±1级信道在泵浦光作用下发生激射时，零级信道的激射能被有效抑制。在这个特殊等效相移光栅光纤激光器取样光栅±1级信道中引入π大小的特殊等效相移。这个光纤光栅在预加载拉伸应变的情况下，被固定在一个热膨胀系数为零或可忽略不计的支架上，以消除温度变化时因热胀冷缩而导致光栅周期发生改变。在不外加应力或加速度时，两个波长激光的拍频，可用来精确反映探测头探测温度的情况。在把探测头置于绝热的环境中或保持温度不变时，所述支架采用悬挂梁式结构，则能放大因加速度而使光纤光栅产生的应变，此时两个波长激光的拍频，可反映所测加速度的大小和方向。两个光纤光栅表面涂敷有50～100微米的增强光纤抗拉伸能力的涂敷层。本专利技术基于特殊等效相移双波长光纤光栅激光器的温度或加速度测定装置，包括泵浦半导体激光器、泵浦光隔离器、可调光衰减器、光探测器、频谱仪、所述的基于特殊等效相移光纤光栅双波长激光器探测头；所述探测头光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于特殊等效相移的光纤光栅双波长激光器，其特征在于：所述激光器的光纤光栅包括长度相同、取样周期相同的两段取样光栅，所述两段取样光栅的取样占空比不同，前一部分的取样占空比为γ，后一部分的取样占空比则为(1‑γ)，γ值的大小在0.2到0.4之间；在这个取样布拉格光栅中，一个特殊等效π相移被同时引入到其±1级影子光栅中。

【技术特征摘要】
1.一种基于特殊等效相移的光纤光栅双波长激光器，其特征在于：所述激光器的光纤光栅包括长度相同、取样周期相同的两段取样光栅，所述两段取样光栅的取样占空比不同，前一部分的取样占空比为γ，后一部分的取样占空比则为(1-γ)，γ值的大小在0.2到0.4之间；在这个取样布拉格光栅中，一个特殊等效π相移被同时引入到其±1级影子光栅中。2.一种温度或加速度探测头，其特征在于：包括权利要求1所述的激光器，在加载预应变的情况下，所述激光器被固定在一个热膨胀系数为零或可忽略不计的支架上。3.根据权利要求2所述的温度或加速度探测头，其特征在于：所述支架包括底盘部分和与垂直于底盘设置的悬挂梁部分，所述悬挂梁部分采用悬挂梁式结构，用于放大因外界应力或加速度而使光纤光栅产生的额外应变。4.根据权利要求2所述的温度或加速度探测...

【专利技术属性】
技术研发人员：周亚亭，沈玉乔，茆锐，肖虹，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32