[发明专利]一种双方向双波长同时激射的光纤布里渊激光器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，特别涉及一种应用在光纤激光陀螺仪和光纤温度应力传感的双方向，双波长同时激射的光纤布里渊激光器。

背景技术

受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering，SBS)是一种光学非线性过程，当入射的泵浦光功率达到产生SBS的阈值时，泵浦波通过电致伸缩产生声波，导致介质折射率的周期性调制形成折射率光栅，光栅的布拉格衍射作用使得大部分的输入泵浦光功率将转为频率降低的背向散射斯托克斯波功率，在此过程中，泵浦波、背向散射斯托克斯波和声波满足能量守恒和动量守恒条件，使得斯托克斯波的频移与声波传播速度有关，由于不同介质中声波传播速度有差异，背向斯托克斯波的频移将会因不同介质而发生变化。SBS在光纤传感、光纤放大器、声光相互作用器件等领域有重要应用。

通过将光纤置于谐振腔内，利用光纤的布里渊增益可以构成光纤布里渊激光器，其由于阈值低、线宽窄、增益方向敏感、斯托克斯波频移在微波频率量级等特点而被广泛应用于超窄线宽激光器、微波技术和光纤激光陀螺等领域。

光纤布里渊激光器的重要应用之一是布里渊光纤激光陀螺仪(Brillouin Fiber Optical Gyroscope，BFOG)，它的原理示意图如图1所示。光纤与光纤耦合装置构成光纤环形腔。同一波长的两束窄线宽泵浦激光从光纤耦合装置的1，2两端口注入光纤环形腔，分别在顺时针方向和逆时针方向产生单模布里渊激光激射。顺时针和逆时针布里渊激光分别从光纤耦合装置1，2端口输出。当布里渊激光器存在转动角速度时，基于萨格奈克(Sagnac)效应，腔内沿顺时针和逆时针传播的两束激光会产生频差。通过测量两束激光的频差可以获得布里渊激光器角速度的大小。制约BFOG性能的重要问题之一是BFOG中存在“闭锁”现象，即当角速度小于一定的阈值时，顺时针和逆时针的激光由于相互耦合频率变得相同，不再能通过频差的测量得到角速度的大小。闭锁效应使得BFOG的角速度传感出现死区，测量的范围缩小，降低了测量精度。

目前已经提出的消除闭锁现象的方法包括：(1)引入机械抖动产生频率偏置消除闭锁效应；(2)对两束泵浦光进行移频，使得它们具备不同的频率，从而使产生的顺时针和逆时针布里渊激光具有频率偏置，进而消除闭锁效应；(3)采用两个不同频率的泵浦源实现顺时针和逆时针布里渊激光的频率偏置，进而消除闭锁效应。前两种方法需要额外的机械装置或调制器等附加设备，使整个系统复杂庞大；第三种方法对两个泵浦光源的波长稳定性要求极高，大大增加了系统成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种波长稳定、结构简洁紧凑且成本较低的、能够消除闭锁现象的双方向、双波长同时激射的光纤布里渊激光器。

为实现上述目的，本发明的双方向双波长同时激射的光纤布里渊激光器包括：第一光纤1，集总损耗器件3，第二光纤2，耦合装置4，所述耦合装置4具有第一端口5，第二端口6，第三端口7，第四端口8；其中，所述第一光纤的一端与所述第四端口(8)连接，其另一端与所述集总损耗器件(3)的一端连接；所述第二光纤的一端与第三端口(7)连接，其另一端与所述集总损耗器件(3)的另一端连接，以构成一环形腔。

进一步地，所述第一光纤1和第二光纤2具有不同的布里渊频移特性；

进一步地，L₁/L₂≈g₂/g₁，其中，L₁，L₂分别为第一光纤1和第二光纤2的长度，g₁，g₂分别为第一光纤1和第二光纤2的峰值布里渊增益系数；

进一步地，由所述耦合装置的第一端口5入射的泵浦光首先进入第二光纤2，经集总损耗器件3后进入第一光纤1，由第一端口5输出激射的顺时针传播布里渊斯托克斯波；由所述耦合装置的第二端口6入射的泵浦光首先进入第一光纤1，经集总损耗器件3后进入第二光纤2，由第二端口6输出激射的逆时针传播布里渊斯托克斯波；

进一步地，所述由所述耦合装置的第一端口5入射的泵浦光和所述由所述耦合装置的第二端口6入射的泵浦光具有相同的波长；

进一步地，所述由第一端口5和第二端口6输出的激射的布里渊斯托克斯波具有不同的斯托克斯频移量。