一种基于激光器的传感器制造技术

本发明专利技术适用于传感技术领域，提供一种基于激光器的传感器，包括泵浦源、含有增益介质的第一公共段、第二公共段及参考段和检测段；第一、第二公共段和参考段形成第一激光谐振腔，第一、第二公共段和检测段形成第二激光谐振腔；检测段设有传感元件，第二公共段设有输出单元或者参考段和检测段各设有一输出单元，输出单元的出射光路上设有偏振态旋转单元及光电探测器。本发明专利技术由两路不同频率的激光发生外差干涉，通过检测频率差确定被测物理量的大小，由于激光频率对谐振腔的光程变化非常敏感，因此检测灵敏度和精度较高，并且该传感器的两个谐振腔存在共程的光路，抗干扰能力强，适合用于测量多种物理量的微小变化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光器的传感器
本专利技术属于光学传感
，特别涉及一种基于激光器的传感器。
技术介绍
现有技术中测量长度、温度、折射率、压力等物理量的微小变化时，通常采用激光相位型干涉法进行测量，基于马赫-曾德尔干涉仪的光学传感器是一种常见利用激光相位型干涉法进行测量的传感器，其原理是将激光器输出的激光分成两束，分别进入干涉仪的两臂中，两路光经过不同的传输路径后再汇合，形成干涉，由探测器检测两束光的相位差，进而确定被测的物理量。由于两个臂的光程量可以受到温度、压力等外在条件的影响，所以，马赫-曾德尔干涉仪可以实现应变、温度等物理量的测量，是许多传感器的重要物理基础。但这种传感器检测的是两束激光的相位差，其检测精度和灵敏度依然有限，需要提供一种新型的高精度、高灵敏度的光学传感器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于激光器的传感器，旨在提高测量精度和灵敏度。本专利技术是这样实现的，一种基于激光器的传感器，包括泵浦源、含有增益介质的第一公共段、第二公共段以及通过第一偏振分光单元和第二偏振分光单元并列连接于第一公共段和第二公共段之间的参考段和检测段；所述第一偏振分光单元和第二偏振分光单元将入射光分为偏振方向不同的第一线偏振光和第二线偏振光，所述第一公共段、第二公共段和参考段形成传输第一线偏振光的第一激光谐振腔，所述第一公共段、第二公共段和检测段形成传输第二线偏振光的第二激光谐振腔；所述检测段设有能引起光程变化的传感元件，所述第二公共段设有一输出单元或者所述参考段和检测段各设有一输出单元，所述输出单元连接合光单元，所述合光单元连接光电探测器，激光从所述输出单元输出，经过合光后传输至所述光电探测器，在所述合光单元和输出单元之间还设有用于将第一线偏振光和第二线偏振光的偏振态变为一致的偏振态旋转单元。本专利技术提供的传感器包括偏振态不同的两个激光谐振腔，这两个激光谐振腔共用包含同一个增益介质的公共段，并且在检测段设置能引起光程变化的传感元件，通过传感元件感应被测物理量，导致检测段传输激光频率发生变化，使两路激光产生频率差，由这两路不同频率的激光发生外差干涉，通过检测频率差确定被测物理量的大小，而由于激光振荡的频率对谐振腔的光程变化非常敏感，因此该传感器的检测灵敏度和精度远高于传统的基于相位差的传感器，并且该传感器的两个谐振腔存在共程的光路，外界环境导致公共段的变化所引起这两个激光器的频率变化基本一致，因此检测频率差值可以抵消这变化，因此该传感器抗干扰能力强，适合用于测量多种物理量的微小变化。附图说明图1是本专利技术第一实施例提供的基于激光器的传感器的结构示意图(一)；图2是本专利技术第一实施例提供的基于激光器的传感器的结构示意图(二)；图3是本专利技术第一实施例提供的基于激光器的传感器的结构示意图(三)；图4是本专利技术第一实施例提供的基于激光器的传感器的结构示意图(四)；图5是本专利技术第二实施例提供的基于激光器的传感器的结构示意图；图6是本专利技术第三实施例提供的基于激光器的传感器的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。以下结合具体实施例对本专利技术的具体实现进行详细描述：请参考图1至图4，本专利技术实施例提供一种基于激光器的传感器，包括泵浦源01、设有增益介质021的第一公共段02、第二公共段03以及并列连接于第一公共段和第二公共段之间的参考段04和检测段05,参考段04和检测段05的两端分别通过第一偏振分光单元06和第二偏振分光单元07连接于第一公共段02和第二公共段03之间。第一偏振分光单元06和第二偏振分光单元07能够将入射光分为偏振方向不同的第一线偏振光和第二线偏振光，当然也可以将偏振方向不同的第一线偏振光和第二线偏振光合为一束光输出，通常，第一线偏振光和第二线偏振光的偏振方向垂直。为了便于描述，将该第一线偏振光和第二线偏振光分别记为S光和P光，当然做相反标记也是可以的。该第一公共段02和第二公共段03的端部可以设置反射镜或双色镜等部件，作为激光谐振腔的端镜，该第一公共段02、第二公共段03和参考段04形成传输第一线偏振光的第一激光谐振腔，第一公共段02、第二公共段03和检测段05形成传输第二线偏振光的第二激光谐振腔。在检测段，设有能引起光程变化的传感元件051，该传感元件051用于将被测物理量转换成光程量，在第二公共段03设有一输出单元08，或者在参考段04和检测段05各设有一输出单元08，该输出单元08的输出的激光经过合光单元11后产生干涉，利用光电探测元件09进行探测，为了实现两束光的干涉，还在光电探测元件09和输出单元08之间设置偏振态旋转单元10，用于将第一线偏振光和第二线偏振光的偏振态变为一致。结合图1，上述传感器的工作原理为：泵浦源021发出泵浦光进入第一公共段02，并激发增益介质021产生激发光，激发光经过第一偏振分光单元06分为S光和P光，并且使P光进入检测段05，S光进入参考段04，可以理解，本专利技术中采用S光或P光进行检测都是可行的。被测物理量作用于检测段05的传感元件051上，使P光频率发生改变，而S光频率没有变化，这样，第一激光谐振腔和第二激光谐振腔中的激光产生与被测物理量相关的频率差，两个谐振腔中不同频率的激光经输出单元输出并进行合光后产生外差干涉，然后由光电探测元件检测干涉图样，进而获得两路激光的频率差，根据该频率差可以确定被测物理量的大小。具体的，在第一激光谐振腔中，激光频率为在第二激光谐振腔中，激光频率为其中C为光速，纵模数q为整数，L1和L2分别为第一、第二激光谐振腔的光程。由于传感元件产生的光程变化导致两谐振腔中的光程差为ΔL＝L1-L2。则频率差公式中，L是第一、第二激光谐振腔光程的平均值，ν是第一谐振腔、第二谐振腔中激光频率的平均值。λ为激光器的波长。由于该公式中，分子中的光速C是一个很大的值，而分母中的λ是一个很小的量。因此当光程L发生微小变化时，频率差Δν也会发生较大变化，因此，该传感器具有明显高于传统传感器(马赫-曾德尔干涉仪等)的灵敏度和检测精度，并且该传感器的两个谐振腔存在共程的光路，外界环境导致公共段的变化所引起这两个激光器的频率变化基本一致，因此检测频率差值可以抵消这变化，因此该传感器抗干扰能力强，适合用于测量多种物理量的微小变化。基于上述原理，以下进一步提供几种具体的实施例。实施例一：如图1～4，该传感器的第一公共段02、第二公共段03、参考段04和检测段05均采用光纤作为传输介质，第一公共段02包括第一公共光纤022，第一公共光纤022采用保偏光纤，其末端设有第一反射单元023，具体可以镀有高反膜(图3)或设置反射镜(图1)，作为第一激光谐振腔和第二激光谐振腔的端镜，或者还可以在高反镜的内侧设置准直镜024，也可以采用FBG器件作为反射单元(图4)，本实施例不局限于一种。增益介质021设置于第一公共光纤022上，第一公共光纤022上还可以设有一波分复用器025，泵浦源01发出的泵浦光经过波分复用器025进入第一公共光纤022，用于泵浦增益介质021。在本专利技术实施例中，增益介质021可以以增益掺杂光纤的形式连接在第一公共光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光器的传感器，其特征在于，包括泵浦源、含有增益介质的第一公共段、第二公共段以及通过第一偏振分光单元和第二偏振分光单元并列连接于第一公共段和第二公共段之间的参考段和检测段；所述第一偏振分光单元和第二偏振分光单元将入射光分为偏振方向不同的第一线偏振光和第二线偏振光，所述第一公共段、第二公共段和参考段形成传输第一线偏振光的第一激光谐振腔，所述第一公共段、第二公共段和检测段形成传输第二线偏振光的第二激光谐振腔；所述检测段设有能引起光程变化的传感元件，所述第二公共段设有一输出单元或者所述参考段和检测段各设有一输出单元，所述输出单元连接合光单元，所述合光单元连接光电探测器，激光从所述输出单元输出，经过合光后传输至所述光电探测器，在所述合光单元和输出单元之间还设有用于将第一线偏振光和第二线偏振光的偏振态变为一致的偏振态旋转单元。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光器的传感器，其特征在于，包括泵浦源、含有增益介质的第一公共段、第二公共段以及通过第一偏振分光单元和第二偏振分光单元并列连接于第一公共段和第二公共段之间的参考段和检测段；所述第一偏振分光单元和第二偏振分光单元将入射光分为偏振方向不同的第一线偏振光和第二线偏振光，所述第一公共段、第二公共段和参考段形成传输第一线偏振光的第一激光谐振腔，所述第一公共段、第二公共段和检测段形成传输第二线偏振光的第二激光谐振腔；所述检测段设有能引起光程变化的传感元件，所述第二公共段设有一输出单元或者所述参考段和检测段各设有一输出单元，所述输出单元连接合光单元，所述合光单元连接光电探测器，激光从所述输出单元输出，经过合光后传输至所述光电探测器，在所述合光单元和输出单元之间还设有用于将第一线偏振光和第二线偏振光的偏振态变为一致的偏振态旋转单元。2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述参考段包括参考光纤，所述检测段包括检测光纤，所述能引起光程变化的传感元件设置于所述检测光纤上，所述参考光纤和检测光纤采用保偏光纤。3.如权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述参考光纤和检测光纤各设有一所述输出单元，于其中一所述输出单元的输出光路上设有所述偏振态旋转单元。4.如权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述第一公共段包括第一公共光纤，所述第一公共光纤采用保偏光纤，所述第一公共光纤设有与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：文侨，梁国文，李冀，牛憨笨，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44