[发明专利]基于带有微槽结构的DBR激光器的折射率传感器

说明书

本发明公开了一种基于微槽结构的DBR激光器的折射率传感器及其制备方法，该折射率传感器包括泵浦光源、单模光纤、光波分复用器、带有微槽结构的DBR激光器、隔离器、偏振控制器和光功率计；其中，所述带有微槽结构的DBR激光器通过单模光纤与光波分复用器连接，光波分复用器分别通过单模光纤与泵浦光源以及隔离器相连，隔离器与偏振控制器、光功率计依次串联连接。本发明利用不同折射率材料对DBR激光器出射激光造成的不同损耗的特点，采用一种简单可靠的方案对材料折射率进行测量，测量精度可达61.9dB/单位折射率，具有巨大的潜在应用价值和广阔的市场前景。

技术领域

本发明涉及光纤传感器设计领域，特别涉及一种基于微槽结构的DBR激光器的折射率传感器及微槽结构的DBR激光器的制备方法。

背景技术

在追求高度自动化的现代工业中，传感器是必不可少的器件，传统电子传感器在过去几十年发挥着巨大作用。然而传统电子传感器由于测量精度和成本的原因，并不适用于所有的工业环境，当前的传感器技术正朝着微型化、集成化、低功耗等方向发展，基于光纤的传感器为人们提供一种简单可靠的方案

光纤传感器分为无源传感器和有源传感器两种。光纤无源传感器主要包括干涉仪、FP腔、光纤光栅和锥形光纤等几种，利用温度、应力、外界折射率等物理量使光纤干涉臂长、腔长、光栅栅格间距或损耗以及有效折射率等发生变化，从而使光纤结构的特征波长或能量发生变化，即产生传感效应。有源传感器主要采用光纤激光器作为传感元件，与普通光纤传感器相比，有源传感器具有高信噪比、高输出功率及易于检测的优点。将无源传感升级为有源传感，可以提高信噪比和传输距离。另外，如果通过对激光能量进行检测，可克服波长解调的难题。因此，这种有源激光器的传感器既保留了无源型光纤传感技术的优点，又克服了无源型光纤传感技术的不足，是对光纤传感技术的继承和发展。

基于DBR激光器的传感器是光纤光栅有源传感器中的一种，具有高信噪比、高输出功率、易于检测、输出线宽窄、宽范围调谐等优点。国内外都对基于DBR 激光器的传感器做了大量研究，目前对基于DBR激光器的传感器的研究主要集中于温度、应变和位移等物理量，对折射率的传感较少，这是因为这种短腔激光器的结构相对固定，对形成谐振腔的要求较高，很难加工。因此，过去很少的文献提到折射率测量。例如在文献“CompositeStructure Distributed Bragg Reflector Fiber Laser for Simultaneous TwoParameter Sensing,IEEE Photon.Tech. Lett,vol.12,pp.1464–1466(2010).”提出利用在DBR激光器的谐振腔中刻写光栅的方法实现折射率和温度的测量，然而测量灵敏度(-3.94dB/单位折射率)并不高。

因此，研究一种结构简单紧凑、基于能量解调、操作方便且灵敏度高的DBR 激光器的折射率传感器成为一个极具价值的课题。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于微槽结构的DBR激光器的折射率传感器及基于微槽结构的DBR激光器的折射率传感器的制备方法，该传感器利用不同折射率物质在具有微槽的DBR激光器中影响出射激光的能量的性质，通过测量激光能量的大小可以达到测量物质折射率的大小的目的。这种测量方法具有结构简单、灵敏度高、信噪比强和易于解调等优点。

根据公开的实施方式，本发明的第一方面提出了一种基于微槽结构的DBR 激光器的折射率传感器，包括有：泵浦光源、单模光纤、光波分复用器、带有微槽结构的DBR激光器、隔离器、偏振控制器和光功率计；其中，所述的带有微槽结构的DBR激光器通过单模光纤与光波分复用器连接，光波分复用器分别通过单模光纤与泵浦光源以及隔离器相连，隔离器与偏振控制器、光功率计依次串联连接。

进一步地，所述的泵浦光源是波长为980nm的泵浦激光器，其作用是980nm 的激光使DBR激光器中的激光介质铒镱离子从基态激励到较高能级的激发态，是DBR激光器发射激光的必要条件。