一种单模光纤双折射测量的装置及方法制造方法及图纸

一种单模光纤双折射测量的装置及方法，属于光纤传感技术，涉及一种单模光纤双折射测量的方法。目的在于实现对单模光纤双折射的测量。本发明专利技术的泵浦光源的光信号通经光隔离器后经光纤传输至波分复用器的光信号输入端，波分复用器的光信号输出端连接光纤光栅的一端，光栅光纤的另一端连接掺铒光纤的一端，掺铒光纤的另一端连接光纤耦合器的一个信号端，光纤耦合器的另外两个信号端分别连接光纤环形结构的两个信号端，波分复用器的传感信号输出端输出激光信号至光电探测器的光感面，频谱采集模块的信号输出端连接数据处理模块的频谱信号输入端。本发明专利技术用于测量单模光纤的双折射变化。

Device and method for measuring birefringence of single-mode optical fiber

The invention discloses a single-mode fiber birefringence measuring device and a method, belonging to the optical fiber sensing technology, and relating to a single-mode fiber birefringence measuring method. The purpose is to realize the birefringence measurement of single-mode optical fiber. Optical signal input optical signal through the optical isolator of the present invention of the pump light through the optical fiber transmission to wavelength division multiplexing, WDM optical signal output end of the optical fiber grating is connected, the other end is connected with one end of the erbium-doped fiber grating and optical fiber, the other end is connected with a signal end of the optical fiber coupler the erbium-doped fiber, the two signal end of the other two signal optical fiber coupler is respectively connected with the structure of the optical fiber ring, surface wave division multiplexer output sensor signal output signal to the laser detector, signal acquisition module which is connected with the output end of the spectrum data processing module signal input end. The invention is used for measuring birefringence changes of single-mode fibers.

【技术实现步骤摘要】
一种单模光纤双折射测量的装置及方法
本专利技术属于光纤传感技术,具体涉及一种单模光纤双折射测量的方法。
技术介绍
光纤双折射是光纤的一个重要特性参数，它决定光纤的一些偏振特性，如偏振模色散、偏振态控制以及非线性偏振旋转等效应，从而影响光纤器件以及光纤通信的性能，因此对光纤双折射效应的研究和测量在光纤通信、光纤传感以及光器件制作等领域具有重要的意义。人们已经提出多种测量光纤双折射的方法，例如基于干涉技术来测量光纤模式双折射，但该类方法需要复杂的信号解调设备；还有基于手动旋转偏振片来测量光纤偏振态的变化，但该方法需要手动操作，测量不方便；此外，还可以直接利用偏振分析仪对光纤双折射进行测量，但偏振分析仪器价格比较昂贵，一般几十万乃至上百万，限制了其广泛应用。因此，亟需专利技术一种结构简单、价格低廉的光纤双折射测量装置和测量方法，对光纤双折射的测量具有重要的意义。光纤激光传感器由于具有极窄的线宽以及很高的信噪比和灵敏度，近年来受到了人们的广泛关注，已经成功用于温度、应变、振动、水声、压力以及加速度等信号的测量。基于拍频解调技术的光纤多纵模激光传感器因其具有稳定的模式特性以及简单的全电子解调方法，是近年来发展起来的一种极具发展前景的光纤传感器。在光纤激光腔中存在多个纵模，考虑到光纤具有本征的双折射效应，则每个纵模对应的两个正交的模式会发生轻微的模式分裂。经过光电转换拍频解调后，环形腔光纤多纵模激光器产生两种拍频信号，一种是由两个具有相同偏振方向不同阶次的纵模形成的纵模拍频信号，另一种是由两个不同偏振方向的纵模形成的偏振模拍频信号，光纤激光腔的模式分布如图2所示。由于多纵模拍频和偏振模拍频信号对温度、应力等具有不同的响应特性，因此通过监测偏振模拍频和纵模拍频信号的频率变化，即可实现对温度和应变的同时测量。由于光纤激光器谐振腔所受的轴向应变变化会引起光纤双折射发生变化，因此环形腔光纤多纵模激光器可以用于光纤双折射的测量，并由此提供一种结构简单、成本低廉的检测光纤双折射的方法和装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于利用环形腔光纤多纵模激光器中偏振模和纵模拍频信号对轴向应变具有不同的频率—应变响应特性，实现对单模光纤双折射的测量，提出了一种单模光纤双折射测量的装置及方法。本专利技术所述的一种单模光纤双折射测量的装置，它包括泵浦光源、光隔离器、波分复用器、环形腔光纤激光器、光电探测器、频谱采集模块和数据处理模块；环形腔光纤激光器包括光纤光栅、掺铒光纤、光纤耦合器、光纤环形结构、固定平台和可变微位移平台；泵浦光源的光信号通过光纤经光隔离器进行反射光消除后经光纤传输至波分复用器的光信号输入端，波分复用器的光信号输出端连接光纤光栅的一端，光栅光纤(104)的另一端连接掺铒光纤的一端，掺铒光纤的另一端连接光纤耦合器的一个信号端，光纤耦合器的另外两个信号端分别连接光纤环形结构的两个信号端，所述光纤环形结构对两端输入的光信号进行反射，经光纤环形结构后的反射光经光纤耦合器通过掺铒光纤放大后发射至光纤光栅，光纤光栅对满足自身中心波长的光信号进行反射，经光纤光栅反射后的光信号通过掺铒光纤放大后经光纤耦合器发射至光纤环形结构，光纤环形结构再次对射入的光信号进行反射，直至环形腔光纤激光器的谐振腔内的光信号的增益大于损耗时，环形腔光纤激光器的谐振腔内会产生工作波长等于光纤光栅中心波长的激光信号，光纤光栅输出该激光信号至波分复用器，波分复用器的传感信号输出端输出激光信号至光电探测器的光感面，电探测器(110)对激光信号进行采集转换输出电信号至频谱采集模块的信号输入端，频谱采集模块的信号输出端连接数据处理模块的频谱信号输入端；固定平台和可变微位移平台分别固定在掺铒光纤的两端，用于轴向拉伸掺铒光纤。一种单模光纤双折射测量方法，该方法的具体步骤为：步骤一、采用泵浦光源通过光纤向波分复用器发送泵浦光信号，光信号经光纤光栅、掺铒光纤后通过光纤耦合器输入至光纤环形结构；步骤二、将固定平台用于固定掺铒光纤的一端，采用可变微位移平台实现对掺铒光纤的轴向拉伸，使掺铒光纤的长度、激光模式的有效折射率和光纤双折射产生变化；获得双折射产生变化的激光信号；步骤三、采用光纤环形结构对通过掺铒光纤后传入的光信号进行反射，反射光信号再经掺铒光纤后入射至光纤光栅，光纤光栅对满足自身中心波长的光信号进行反射，经光纤光栅反射后的光信号再次经过掺铒光纤入射至光纤环形结构，光纤环形结构再次对入射光进行反射，直至环形腔光纤激光谐振腔内传输的光信号的增益大于损耗时，环形腔光纤激光器产生工作波长等于光纤光栅中心波长激光信号，光纤光栅将该激光信号传输至波分复用器；步骤四、波分复用器将工作波长等于光纤光栅中心波长的激光信号传输至光电探测器，光电探测器对产生双折射变化的激光信号进行拍频解调，获得产生频率漂移的偏振模和多纵模拍频信号；步骤五、采用频谱采集模块对产生频率漂移的偏振模和多纵模拍频信号进行频谱采集，并经数据处理模块对产生频率漂移的偏振模和多纵模拍频信号进行分析处理，获得偏振模和多纵模拍频信号的频率-应变响应特性，获得由轴向应变导致的光纤双折射变化信息。本专利技术提供的基于环形腔光纤多纵模激光器和拍频解调系统的光纤双折射的测量方法及其测量装置，具有以下优点和有益效果：1)通过对环形腔光纤激光器谐振腔中的部分光纤施加轴向应变，可以直接测量短距离的单模光纤双折射的变化，无需特殊调整光纤偏振态的装置，测量精度高；2)测量装置中的环形腔光纤多纵模激光器结构简单、容易制作；解调装置仅需要一个光电探测器和一个频谱采集系统，无需复杂的光学信号处理设备，极大地降低了系统的复杂性和系统成本。该光纤双折射测量系统结构简单、成本低廉，具有很好的应用前景。附图说明图1为本专利技术所述单模光纤双折射测量的装置的结构示意图。图2是环形腔光纤激光器中模式分布示意图；图3是实际测得的光纤双折射随施加的轴向应变变化曲线。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。具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种单模光纤双折射测量的装置，它包括泵浦光源、光隔离器、波分复用器、环形腔光纤激光器、光电探测器、频谱采集模块和数据处理模块；环形腔光纤激光器包括光纤光栅、掺铒光纤、光纤耦合器、光纤环形结构、固定平台和可变微位移平台；泵浦光源的光信号通过光纤经光隔离器进行反射光消除后经光纤传输至波分复用器的光信号输入端，波分复用器的光信号输出端连接光纤光栅的一端，光栅光纤(104)的另一端连接掺铒光纤的一端，掺铒光纤的另一端连接光纤耦合器的一个信号端，光纤耦合器的另外两个信号端分别连接光纤环形结构的两个信号端，所述光纤环形结构对两端输入的光信号进行反射，经光纤环形结构后的反射光经光纤耦合器通过掺铒光纤放大后发射至光纤光栅，光纤光栅对满足自身中心波长的光信号进行反射，经光纤光栅反射后的光信号通过掺铒光纤放大后经光纤耦合器发射至光纤环形结构，光纤环形结构再次对射入的光信号进行反射，直至环形腔光纤激光器的谐振腔内的光信号的增益大于损耗时，环形腔光纤激光器的谐振腔内会产生工作波长等于光纤光栅中心波长的激光信号，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单模光纤双折射测量的装置，其特征在于，它包括泵浦光源(101)、光隔离器(102)、波分复用器(103)、环形腔光纤激光器、光电探测器(110)、频谱采集模块(111)和数据处理模块(112)；环形腔光纤激光器包括光纤光栅(104)、掺铒光纤(105)、光纤耦合器(106)、光纤环形结构(107)、固定平台(108)和可变微位移平台(109)；泵浦光源(101)的光信号通过光纤经光隔离器(102)进行反射光消除后经光纤传输至波分复用器(103)的光信号输入端，波分复用器(103)的光信号输出端连接光纤光栅(104)的一端，光栅光纤(104)的另一端连接掺铒光纤(105)的一端，掺铒光纤(105)的另一端连接光纤耦合器(106)的一个信号端，光纤耦合器(106)的另外两个信号端分别连接光纤环形结构(107)的两个信号端，所述光纤环形结构(107)对两端输入的光信号进行反射，经光纤环形结构(107)后的反射光经光纤耦合器(106)通过掺铒光纤(105)放大后发射至光纤光栅(104)，光纤光栅(104)对满足自身中心波长的光信号进行反射，经光纤光栅(104)反射后的光信号通过掺铒光纤(105)放大后经光纤耦合器(106)发射至光纤环形结构(107)，光纤环形结构(107)再次对射入的光信号进行反射，直至环形腔光纤激光器谐振腔内的光信号的增益大于损耗时，环形腔光纤激光器的谐振腔内会产生工作波长等于光纤光栅(104)中心波长的激光信号，光纤光栅(104)输出该激光信号至波分复用器(103)，波分复用器(103)的传感信号输出端输出激光信号至光电探测器(110)的光感面，电探测器(110)对激光信号进行采集转换输出电信号至频谱采集模块(111)的信号输入端，频谱采集模块(111)的信号输出端连接数据处理模块(112)的频谱信号输入端；固定平台(108)和可变微位移平台(109)分别固定在掺铒光纤(105)的两端，用于轴向拉伸掺铒光纤(105)。...

【技术特征摘要】
1.一种单模光纤双折射测量的装置，其特征在于，它包括泵浦光源(101)、光隔离器(102)、波分复用器(103)、环形腔光纤激光器、光电探测器(110)、频谱采集模块(111)和数据处理模块(112)；环形腔光纤激光器包括光纤光栅(104)、掺铒光纤(105)、光纤耦合器(106)、光纤环形结构(107)、固定平台(108)和可变微位移平台(109)；泵浦光源(101)的光信号通过光纤经光隔离器(102)进行反射光消除后经光纤传输至波分复用器(103)的光信号输入端，波分复用器(103)的光信号输出端连接光纤光栅(104)的一端，光栅光纤(104)的另一端连接掺铒光纤(105)的一端，掺铒光纤(105)的另一端连接光纤耦合器(106)的一个信号端，光纤耦合器(106)的另外两个信号端分别连接光纤环形结构(107)的两个信号端，所述光纤环形结构(107)对两端输入的光信号进行反射，经光纤环形结构(107)后的反射光经光纤耦合器(106)通过掺铒光纤(105)放大后发射至光纤光栅(104)，光纤光栅(104)对满足自身中心波长的光信号进行反射，经光纤光栅(104)反射后的光信号通过掺铒光纤(105)放大后经光纤耦合器(106)发射至光纤环形结构(107)，光纤环形结构(107)再次对射入的光信号进行反射，直至环形腔光纤激光器谐振腔内的光信号的增益大于损耗时，环形腔光纤激光器的谐振腔内会产生工作波长等于光纤光栅(104)中心波长的激光信号，光纤光栅(104)输出该激光信号至波分复用器(103)，波分复用器(103)的传感信号输出端输出激光信号至光电探测器(110)的光感面，电探测器(110)对激光信号进行采集转换输出电信号至频谱采集模块(111)的信号输入端，频谱采集模块(111)的信号输出端连接数据处理模块(112)的频谱信号输入端；固定平台(108)和可变微位移平台(109)分别固定在掺铒光纤(105)的两端，用于轴向拉伸掺铒光纤(105)。2.一种单模光纤双折射测量方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：步骤一、采用泵浦光源(101)通过光纤向波分复用器(103)发送泵浦光信号，光信号经光纤光栅(104)、掺铒光纤(105)后通过光纤耦合器(106)输入至光纤环形结构(107)；步骤二、将固定平台(108)用于固定掺铒光纤(105)的一端，采用可变微位移平台(109)实现对掺铒光纤(105)的轴向拉伸，使掺铒光纤(105)的长度、激光模式的有效折射率和光纤双折射产生变化；获得双折射产生变化的激光信号；步骤三、采用光纤环形结构(107)对通过掺铒光纤(105)后传入的光信号进行反射，反射光信号再经掺铒光纤(105)后入射至光纤光栅(104)，光纤光栅(104)对满足自身中心波长的光信号进行反射，经光纤光栅(104)反射后的光信号再次经过掺铒光纤(105)入射至光纤环形结构(107)，光纤环形结构(107)再次对入射光进行反射，直至环形腔光纤激光谐振腔内传输的光信号的增益大于损耗时，环形腔光纤激光器产生工作波长等于光纤光栅(104)中心波长激光信号，光纤光栅(104)将该激光信号传输至波分复用器(103)；步骤四、波分复用器(103)将工作波长等于光纤光栅(104)中心波长的激光信号传输至光电探测器(110)，光电探测器(110)对产生双折射变化的激光信号进行拍频解调，获得产生频率漂移的偏振模和多纵模拍频信号；步骤五、采用频谱采集模块(111)对产生频率漂移的偏振模和多纵模拍频信号进行频谱采集，并经数据处理模块(112)对产生频率漂移的偏振模和多纵模拍频信号进行分析处理，获得偏振模和多纵模拍频信...

【专利技术属性】
技术研发人员：于秀娟，陈雪峰，刘盛春，张金涛，胡蕴薪，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23