[发明专利]一种基于微波光子滤波器的光纤光栅传感解调方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感和微波光子学的交叉技术领域，涉及光纤光栅传感解调技术，特别适用于光纤光栅解调的低成本解调方案的应用领域，具体涉及了一种采用微波光子滤波器，将光纤光栅传感的波长变化转变为微波信号的大小变化，从而解调出光纤光栅波长变化量的方法以及实现该方法的装置。

背景技术

光纤光栅被广泛应用于应力，温度和折射率传感系统中。在光纤光栅传感领域，发展快速解调出光纤光栅波长变化量的方法和低成本设备具有十分重大的意义。

传统的光纤光栅解调方法常采用光学滤波器解调方法，如可调谐F-P滤波法，非平衡M-Z光纤干涉仪法及匹配光栅法等。这些方法或者对光学滤波器的性能要求较高，成本较高；或者需要较多的光学滤波器，成本较高且结构复杂，比较难实用化。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术不足，利用基于萨尼亚克(Sagnac)环微波光子滤波器将光纤光栅波长变化量转化为电信号的强度量，提出了一种新型的光纤光栅传感解调方法，实现了低成本大范围光纤光栅波长解调，同时提供了实现该方法的装置。

本发明的方法包括以下步骤：

1、宽带光源经过光环形器进入传感布拉格光纤光栅，经过反射后，进入电光调制器(EOM)中被频率为f的电信号调制后进入光纤放大器中进行放大；传感布拉格光纤光栅的反射峰位于宽带光源的中心波长附近；

2、放大后的光进入萨尼亚克环；萨尼亚克环包括3-dB四端口光纤耦合器和线性啁啾光纤光栅，所述的线性啁啾光纤光栅为通过紫外光在光纤中写入的折射率调制的光纤器件，在线性啁啾光纤光栅的不同位置反射不同波长，光萨尼亚克环两臂的长度分别为L₁和L₂；放大后的光由3-dB四端口光纤耦合器的输入端口进入萨尼亚克环后分为两路，分别进入萨尼亚克环的两臂；

3、进入萨尼亚克环的两臂的光经过线性啁啾光纤光栅反射后，从四端口3-dB光纤耦合器的输出端口输出，进入光电探测器，转化成功率为P_e的电信号，

P_e＝p₀[1+mcos(Δφ/2)sin(2πft+φ₀)]

其中P₀为宽带光经过传感布拉格光纤光栅反射回来的功率，m为电光调制器的调制深度，φ₀为光电探测器输出电信号的相位，Δφ为调制后的信号经过萨尼亚克环两臂的相位差，

Δφ＝4πf·n_eff·(L₁-L₂+2z-l)/c

其中n_eff为光纤折射率，c为光在真空中传输的速度，l为线性啁啾光纤光栅的长度，z为光在线性啁啾光纤光栅中发生反射的位置，由传感布拉格光纤光栅的波长决定；对于选定频率的电信号，在光电探测器上探测到的电信号功率同萨尼亚克环两臂的相位差有关，即和调制光在线性啁啾光纤光栅反射的位置有关；

4、将光电探测器得到的电信号接入电功率计，读出功率大小即可得到传感光纤光栅的波长。

实现上述方法的装置为：宽带光源与三端口光环形器的第一端口光连接，三端口光环形器的第二端口与传感布拉格光纤光栅的一端光连接，三端口光环形器的第三端口与电光调制器的输入端光连接，电光调制器的输出端与光纤放大器的输入端光连接，电光调制器的电驱动口与信号源电连接，光纤放大器的输出端与萨尼亚克环的输入端口光连接，萨尼亚克环的输出端口与光电探测器的输入端光连接，光电探测器的输出端与电功率计的输入端电连接；所述的萨尼亚克环包括3-dB四端口光纤耦合器和线性啁啾光纤光栅，线性啁啾光纤光栅的两端分别通过两段光纤与3-dB四端口光纤耦合器的两个输出端口光连接，3-dB四端口光纤耦合器的另两个端口分别作为萨尼亚克环的输入端口和输出端口。

本发明中，采用啁啾光纤光栅不等臂萨尼亚克环结构，利用其对一定频率的电信号的滤波作用，将传感布拉格光纤光栅的波长漂移量转换为该特定频率电信号的强度变化量，从而将波长信息解调出来。萨尼亚克环对外界温度变化、机械振动等干扰不敏感，同时该解调方法相比于传统的解调方案，将光纤光栅的波长变化量转化为调制电信号的功率变化量，从而对调制的电信号进行功率检测，由于所需电信号处理芯片较为成熟，因而大大降低了解调系统的成本和复杂度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式