[发明专利]一种DFB光纤激光器型光纤麦克风及其分布式阵列装置

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种DFB光纤激光器型光纤麦克风及其分布式阵列装置，属光纤传感和光纤通信技术领域。

(二)背景技术

传感器作为测控系统中对象信息的入口，在现代化事业中发挥着越来越重要的作用。国内外已将传感器技术列为优先发展的科技领域之一。然而，电子基的传感器体积大，易受电磁干扰，传感部件有电流与电压的存在，这大大限制了其应用范围，例如大型机电设备在工作时会产生强电磁场及存在易燃、易爆气体的场所。因此体积小、抗电磁干扰能力强、易于多点复用、传感组件探头不需带电的光纤光栅传感器正成为研究的热点。在煤矿、电厂等一些有大型机电设备或含易燃、易爆气体的场所，利用电子设备通话受电磁干扰严重且具有极大的危险性。因此为这些场所设计一种内部工作人员向外部通话的光纤麦克风设备是亟需的。光纤光栅传感器作为光纤麦克风，从工作方式分有两种类型：强度调制型和波长调制型。期刊【警察技术】2004，第6期，作者为伊小素、吴先所写的“光纤麦克风传声技术”文章中第3-4页记载了现有的光纤麦克风，主要包括强度型光纤麦克风和基于FBG的光栅型光纤麦克风。强度型光纤麦克风是利用传输光强的变化同声音变化的一致制作而成的光纤麦克风，这种光纤麦克风结构简单，解调方法相对容易，但也存在着精度低，受外界干扰大的严重问题，且灵敏度较低。基于FBG的光栅型光纤麦克风，是利用声波应变造成光纤布拉格光栅(FBG)的改变，使光栅反射谱漂移，宽带光入射光栅的反射波长随之漂移，将波长信号进行调制解调，提取声波信号，实现麦克风功能。这种光纤麦克风灵敏度较强度型光纤麦克风高出很多，但基于宽带光的功率，这种光栅型麦克风无法长距离传输信号，且不易于形成阵列。

(三)发明内容

为克服现有技术的缺陷和不足，解决在一些特殊场合如煤矿、电厂等有大型机电设备或含易燃、易爆气体的场所的通信困难问题，本发明设计了一种DFB光纤激光器型光纤麦克风及其分布式阵列装置。

本发明的技术方案是采用如下方式来实现的：

一种DFB光纤激光器型光纤麦克风，包括LD泵浦光源、DFB光纤激光器、相位干涉仪、解调仪、波分复用器、隔离器，其特征在于将内部写有非对称π相移光纤光栅的铒、镱共掺光纤的DFB光纤激光器作为外部声音信号的接受和转换装置即光纤麦克风，DFB光纤激光器光纤的两端作为光纤麦克风的两个输出入端口，其一端连接波分复用器，波分复用器另一端分别经由光纤连接LD泵浦光源和隔离器，隔离器另一端经由光纤连接相位干涉仪，相位干涉仪另一端由光纤连接解调仪。

本发明的光纤麦克风的工作过程如下：首先打开LD泵浦光源，使泵浦光通过波分复用器进入光纤麦克风中的DFB光纤激光器内，DFB光纤激光器产生波长为布拉格波长的激光。DFB激光器一端输出的激光通过波分复用器，依次进入隔离器、相位干涉仪、解调仪。当有人使用该光纤麦克风说话时，DFB光纤激光器内部的光纤光栅受声波应变的作用，布拉格波长产生漂移，DFB光纤激光器产生的激光的波长做同样漂移。载有声波信号的激光通过相位干涉仪作相位调制，然后通过解调仪解调出声波信号，并还原成使用光纤麦克风说话的人的声音，实现光纤麦克风的麦克风作用。

本发明的光纤麦克风主要是基于分布式反馈(Distributed feedback)光纤激光器的原理。所选用的DFB光纤激光器是内部写有非对称π相移光纤光栅的铒、镱共掺光纤，当有泵浦光作用于光纤光栅时，光纤光栅中将产生波长为布拉格波长的激光。由于DFB光纤激光器采取铒、镱共掺，因此其输出激光波长位于C波段。当有声波作用于光纤光栅时，光栅因声波的作用产生轴、横向应变和弹光效应。光纤光栅的周期和折射率将发生变化。公式(1)和(2)给出了光纤光栅的周期和折射率随外部应力变化的情况，

λ_B＝2n_effΛ                (1)

Δλ_B＝2ΛΔn_eff+2n_effΔΛ  (2)

其中λ_B：布拉格波长n_eff：光纤有效折射率Λ：光栅周期