[发明专利]波长特定设备的询问

说明书

技术领域

本发明涉及一种波长特定（wavelength-specific）设备的询问（interrogation）。

背景技术

在多种电信/传感应用中已经报道了波长特定滤波器/反射器/干涉仪。它们的应用的一个示例是在计量学中，由设备经历的物理、化学或生物变化导致可测量为传播通过设备/由设备反映的场的特性的变化的响应。

在光学领域，波长特定滤波器/反射器的某一类型是光纤布拉格光栅（FBG）。光纤布拉格光栅反射以光栅（光纤长度内的周期性折射率调制）的布拉格波长为中心的窄带波长。当嵌入在诸如桥的结构中时，从结构传输到光纤的应变（strain）导致光栅会被拉伸或压缩，因而产生特征反射波长的偏移。这样的传感器也依赖于温度，因此也可以被用于温度变化的监测。

光纤布拉格光栅在电信中用于多种能力。它们被用作陷波滤波器以及用于多路复用/解复用以及上/下路复用。这些应用通常使用结合光栅的光学环形器，以滤出或者添加波长特定的信道。

它们也用于色散补偿。传统上，已经使用色散补偿光纤的长度。光纤的这个长度将具有与用于实际传输的单模光纤相反的色散系数。然而，这种方法增加了传输损耗，并且由于非线性效应而限制了可以发射到光纤的光功率。通常通过使用啁啾光栅引入波长特定的时间延迟，而实现采用FBG的色散补偿。

当询问或表征（characterize）FBG时，反射波长中引入的变化需要精确的测量。理想的询问系统需要高分辨率，通常在从亚皮米（sub-picometer）到几皮米波长分辨率的范围内，并且应该能够询问多路复用的光栅，尤其是当光栅理想地适合于波分复用（WDM）时。

低相干干涉仪（LCI）已被认为是包括光纤通信、计量学、安全、航空航天、石油和天然气工业、土木和岩土工程以及环境监测的广泛领域中的关键技术平台。

因为在捕获的干涉图内表征全波长范围，所以典型地实施为傅里叶变换光谱学（FTS）的干涉光谱学相对于竞争技术呈现出根本优势。这种优势被公知是费尔盖特（Fellgett）优势或者多路复用优势。

然而，使用干涉手段的FTS的传统实施方式依赖于要被询问的光对干涉仪的照明，并且因而不适合于多路复用阵列的同时询问。

超连续宽带源的开发在比以前报道大得多的波长范围上释放了波长特定设备的串行多路复用的潜能。已经演示了多种询问技术，诸如：漂移补偿的波长偏移检测系统、频率调制的激光器二极管、双干涉腔系统、通过光谱仪的询问、使用匹配的传感器和接收器对的询问、以及光纤傅里叶变换频谱仪。这些和其它建立的技术（包括可调谐激光器、可调谐滤波器和二极管阵列）在处理下列各项中的一个或多个的能力上受到限制：

·宽波长范围上的询问

·阵列中所有光栅的同时测量的提供

·多个阵列中所有光栅的同时测量的提供

它们在提供单独（individual）设备的结构细节的高分辨率测量上受到限制，在非均匀被测环境领域的检测中可能具有潜在价值。

已知沿着光纤长度串联（in series）放置波长特定设备的阵列，其中每个设备被构造为反射、透射或过滤波长的不同特征带。当由宽带光源照明这样的阵列时，每个设备在不同波长处反射/透射/滤波。通过将返回的光提供到干涉仪，可以产生时间扫描的干涉图，接着可以使用例如傅里叶分析对其分析，以确定由每个设备返回的波长。这允许阵列中的每个设备被同时监测。

用这种方法的一个问题是，阵列中的设备不能具有重叠的波长带宽。因此，给定从每个设备反射的光谱带宽，信号分离的考虑对可以并入阵列中的设备数目施加了最大值。为了突破这个限制，将需要多个干涉仪，其中每个干涉仪分析来自各自设备阵列的反射信号。

发明内容

本发明提供用于询问波长特定设备的装置，所述装置包括：

宽带光源，用于提供宽带光信号；

干涉仪，用于接收所述宽带光信号，并且用于在其输出处提供低相干时间干涉图；

波长特定设备的至少一个阵列，所述波长特定设备彼此串联地连接，用于从所述输出接收所述干涉图，其中相对于所述宽带光源的带宽，每个设备与限定范围的波长带宽相互作用；

探测器，用于从波长特定设备的所述至少一个阵列接收与所述阵列相互作用之后的光；

频谱分析仪，适配于根据所述接收的光确定与所述至少一个阵列中的设备的所述相互作用相关联的信号特征。