專利名稱：拉曼散射光纖波分耦合器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于光傳感技術(shù)領域，涉及一種耦合器，具體地說是一種用于分布式光纖 溫度傳感系統(tǒng)的拉曼散射光纖波分耦合器的設計方法。
背景技術(shù)：
分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)是一種用于實時測量空間溫度場分布的高新技術(shù)產(chǎn)品， 它不僅具有普通光纖傳感器的優(yōu)點，還具有對光纖沿線各點的溫度的分布式傳感能力，利 用這種特點我們可以連續(xù)實時測量光纖沿線幾公里內(nèi)各點的溫度，空間分辨率1米，定位 精度1米的量級，測溫精度可達1度的水平，非常適用于大范圍多點測溫的應用場合。目前常用的光纖溫度傳感器是利用拉曼散射以獲得溫度信號的。拉曼散射(Raman scattering)是指光通過介質(zhì)時由于入射光與分子運動相互作用而引起的頻率發(fā)生變化的 散射，又稱拉曼效應。在散射光譜中入射光中心波長的兩側(cè)各存在一條譜線低頻一端的 曲線的頻率為νΟ-Δ ν，稱之為斯托克斯(Stokes)線或紅伴線；高頻一端曲線的頻率為 νΟ+Δ ν，稱之為反斯托克斯(Anti-stokes)線或紫伴線。拉曼散射光纖波分耦合器的喇 曼散射光(包括Stokes和Anti-stokes光)的窄帶濾波片波譜設計就是根據(jù)這個原理計 算的。傳統(tǒng)的后向拉曼散射光信號的提取方式是1X3光纖耦合器+光濾波器相比，這種 提取方式的有用光提取效率還比較低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種拉曼散射光纖波分耦合器，可提高有用 光的提取效率。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案—種拉曼散射光纖波分耦合器，該耦合器包括依次連接的光纖環(huán)形器、反斯托克 斯Anti-stokes濾光片、斯托克斯stokes濾光片；所述耦合器的輸入端通過光纖輸入大功 率窄脈沖光；所述耦合器的反饋端與傳感光纖相連；所述耦合器的輸出端將所述傳感光纖 中帶有溫度信息的后向Anti-stokes光信號及stokes光信號提取輸出。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述光纖環(huán)形器包括第一輸入端、第一輸出端和第 一反饋端；所述第一輸入端與脈沖激光器的輸出端相連，用于接收脈沖激光器發(fā)射的光脈 沖；所述第一反饋端與傳感光纖相連，用于向傳感光纖注入所述光脈沖，并接收在傳感光纖 中產(chǎn)生的后向散射光；所述第一輸出端將接收到的后向散射光輸出。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述Anti-stokes濾光片及Stokes濾光片均包括光 輸入端、透射光輸出端、反射光輸出端；所述Anti-stokes濾光片的光輸入端與光纖環(huán)形器 的輸出端相連；所述Anti-stokes濾光片的透射光輸出端用于分離輸出Anti-stokes光信 號；所述Anti-stokes濾光片的反射光輸出端與所述Stokes濾光片的光輸入端相連；所述 Stokes喇曼散射波長窄帶濾波光片的透射光輸出端用于分離輸出Stokes光信號。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述耦合器包括光收集器，與所述stokes濾光片的 反射光輸出端相連，用以收集余光。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述光纖環(huán)形器通過第一平行光管與所述 Anti-stokes濾光片連接，將入射光耦合平行輸出。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述Anti-stokes濾光片通過第二平行光管與 stokes濾光片連接，將入射光耦合平行輸出。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，采用后向散射探測方法，光脈沖經(jīng)光纖傳輸至拉曼 散射光纖波分耦合器的入射端，再進入傳感光纖；在傳感光纖中產(chǎn)生的后向散射光再經(jīng)拉 曼散射光纖波分耦合器分離，分離后得到攜帶溫度信號的后向Anti-stokes光信號和作為 參考信號的后向stokes光信號，自此便完成了光信號的接收工作。所述耦合器接收光脈 沖，經(jīng)光纖環(huán)形器注入到傳感光纖中，在傳感光纖中產(chǎn)生的后向散射光再經(jīng)所述耦合器進 行光濾波和分離。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述Anti-stokes濾光片(22)為Anti-stokes喇曼 散射波長窄帶濾光片；所述stokes濾光片(23)為stokes喇曼散射波長窄帶濾光片。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提出的拉曼散射光纖波分耦合器，通過接收光脈 沖，經(jīng)光纖環(huán)形器注入到傳感光纖中，在傳感光纖中產(chǎn)生的后向散射光再經(jīng)拉曼散射光纖 波分耦合器進行光濾波和分離。與傳統(tǒng)的普通耦合器+光濾波器的拉曼光信號的提取方式 相比，本發(fā)明可提高有用光的提取效率。本發(fā)明拉曼散射光纖波分耦合器的主要技術(shù)指標如下波長帶寬士6. 5nm;插損<1.2dB;平坦度<0.5dB;隔離度>40dB;偏振相關損耗< 0. IdB ；方向性>40dB;回損>38dB。
圖1為分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的拉曼散射光纖波分耦合器的模型圖。圖2為本發(fā)明拉曼散射光纖波分耦合器的組成示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。實施例一本實施例以拉曼散射光纖波分耦合器應用于分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)為例介紹 本發(fā)明。請參閱圖1、圖2，本發(fā)明揭示了一種拉曼散射光纖波分耦合器1，該耦合器1包括 依次連接的光纖環(huán)形器21、第一平行光管ll、Anti-st0kes濾光片22 (Anti-stokes喇曼散 射波長窄帶濾光片)、第二平行光管12、stokes濾光片23 (stokes喇曼散射波長窄帶濾光片)、光收集器24。所述光纖環(huán)形器21通過第一平行光管11與所述Anti-stokes濾光片 22連接，所述Anti-stokes濾光片22通過第二平行光管12與stokes濾光片23連接，第一 平行光管11、第二平行光管12用以將入射光耦合平行輸出。如圖1所示，耦合器1包括傳感光纖輸入口、Anti-stokes光信號輸出口、Stokes 光信號輸出口。請參閱圖2，所述耦合器1的輸入端通過光纖輸入大功率窄脈沖光；所述耦合器1 的反饋端與傳感光纖5相連；所述耦合器1的輸出端將所述傳感光纖中帶有溫度信息的后 向Anti-stokes光信號及stokes光信號提取輸出。所述光纖環(huán)形器21包括第一輸入端、第一輸出端和第一反饋端；所述第一輸入端 與脈沖激光器的輸出端相連，用于接收脈沖激光器發(fā)射的光脈沖；所述第一反饋端與傳感 光纖5相連，用于向傳感光纖5注入所述光脈沖，并接收在傳感光纖5中產(chǎn)生的后向散射 光；所述第一輸出端將接收到的后向散射光輸出。所述Anti-stokes濾光片及Stokes濾光片均包括光輸入端、透射光輸出端、 反射光輸出端；所述Anti-stokes濾光片的光輸入端與光纖環(huán)形器的輸出端相連；所述 Anti-stokes濾光片的透射光輸出端用于分離輸出Anti-stokes光信號；所述Anti-stokes 濾光片的反射光輸出端與所述Stokes濾光片的光輸入端相連；所述Stokes喇曼散射波長 窄帶濾波光片的透射光輸出端用于分離輸出Stokes光信號。所述光收集器24與所述stokes濾光片23的反射光輸出端相連，用以收集余光。本發(fā)明具體實施時采用后向散射探測方法，光脈沖經(jīng)光纖傳輸至拉曼散射光纖波分耦合器的入射 端，再進入傳感光纖，在傳感光纖中產(chǎn)生的后向散射光再經(jīng)拉曼散射光纖波分耦合器分離， 分離后得到攜帶溫度信號的后向反斯托克斯拉曼散射光和作為參考信號的后向斯托克斯 拉曼散射光，自此便完成了光信號的接收工作。其中，Anti-stokes散射光和stokes散射 光的波長由激光器的中心波長決定。所述拉曼散射光纖波分耦合器接收光脈沖，經(jīng)光纖環(huán)形器注入到傳感光纖中，在 傳感光纖中產(chǎn)生的后向散射光再經(jīng)拉曼散射光纖波分耦合器進行光濾波和分離。傳統(tǒng)的后向拉曼散射光信號的提取方式是1X3光纖耦合器+光濾波器相比，這種 方式有用光提取效率Π = (1/^ = 50%*50%禮=25%(，(為反斯托克斯(Anti-stokes) 光通道與斯托克斯(stokes)光通道占普通耦合器后向散射光輸出的比例，一般為8 2。 則反斯托克斯(Anti-stokes)光提取效率nAS = S*S*PAS = 50% *50% *(8/10) = 20% Pas ；斯托克斯(stokes)光提取效率ns = S*S*Ps = 50% *50% *(2/10) = 20% ；其中S為2X 2光纖耦合器輸入輸出的分光比例值，Pas為用本發(fā)明拉曼散射光纖 波分耦合器的反斯托克斯(Anti-stokes)光提取信號，Ps為用本發(fā)明拉曼散射光纖波分耦 合器的斯托克斯(stokes)光提取信號。由此可見，與傳統(tǒng)的普通耦合器+光濾波器的拉曼光信號的提取方式相比，本發(fā) 明拉曼散射光纖波分耦合器的有用光提取效率更高。綜上所述，本發(fā)明提出的拉曼散射光纖波分耦合器，通過接收光脈沖，經(jīng)光纖環(huán)形
5器注入到傳感光纖中，在傳感光纖中產(chǎn)生的后向散射光再經(jīng)拉曼散射光纖波分耦合器進行 光濾波和分離。與傳統(tǒng)的普通耦合器+光濾波器的拉曼光信號的提取方式相比，本發(fā)明可 提高有用光的提取效率。本發(fā)明拉曼散射光纖波分耦合器的主要技術(shù)指標如下波長帶寬士6.5nm;插損<1.2dB;平坦度<0. 5dB ；隔離度>40dB;偏振相關損耗< 0. IdB ；方向性>40dB;回損>38dB。這里本發(fā)明的描述和應用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實施例 中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領域的普通技術(shù)人員來說實 施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領域技術(shù)人員應該清楚的是，在不脫離本發(fā)明 的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、 材料和部件來實現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實施例進 行其它變形和改變。
權(quán)利要求
一種拉曼散射光纖波分耦合器，其特征在于，該耦合器包括依次連接的光纖環(huán)形器(21)、反斯托克斯Anti stokes濾光片(22)、斯托克斯stokes濾光片(23)；所述耦合器的輸入端通過光纖輸入窄脈沖光；所述耦合器的反饋端與傳感光纖(5)相連；所述耦合器的輸出端將所述傳感光纖(5)中帶有溫度信息的后向Anti stokes光信號及stokes光信號提取輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼散射光纖波分耦合器，其特征在于所述光纖環(huán)形器(21)包括第一輸入端、第一輸出端和第一反饋端；所述第一輸入端與脈沖激光器的輸出端相連，用于接收脈沖激光器發(fā)射的光脈沖；所述第一反饋端與傳感光纖(5)相連，用于向傳感光纖(5)注入所述光脈沖，并接收在 傳感光纖(5)中產(chǎn)生的后向散射光；所述第一輸出端將接收到的后向散射光輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼散射光纖波分耦合器，其特征在于所述Anti-stokes濾光片(22)及Stokes濾光片(23)均包括光輸入端、透射光輸出端、 反射光輸出端；所述Anti-stokes濾光片(22)的光輸入端與光纖環(huán)形器的輸出端相連；所述Anti-stokes濾光片(22)的透射光輸出端用于分離輸出Anti-stokes光信號；所述Anti-stokes濾光片(22)的反射光輸出端與所述Stokes濾光片(23)的光輸入 端相連；所述Stokes喇曼散射波長窄帶濾波光片(23)的透射光輸出端用于分離輸出Stokes 光信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的拉曼散射光纖波分耦合器，其特征在于所述耦合器包括光 收集器(24)，與所述stokes濾光片(23)的反射光輸出端相連，用以收集余光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼散射光纖波分耦合器，其特征在于所述光纖環(huán)形器(21)通過第一平行光管(11)與所述Anti-stokes濾光片(22)連接， 將入射光耦合平行輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼散射光纖波分耦合器，其特征在于所述Anti-stokes濾光片通過第二平行光管(12)與stokes濾光片(23)連接，將入射 光耦合平行輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的拉曼散射光纖波分耦合器，其特征在于采用后向散射探測方法，光脈沖經(jīng)光纖傳輸至拉曼散射光纖波分耦合器的入射端，再 進入傳感光纖；在傳感光纖中產(chǎn)生的后向散射光再經(jīng)拉曼散射光纖波分耦合器分離，分離后得到攜帶 溫度信號的后向Anti-stokes光信號和作為參考信號的后向stokes光信號，自此便完成了 光信號的接收工作；所述耦合器接收光脈沖，經(jīng)光纖環(huán)形器注入到傳感光纖中，在傳感光纖中產(chǎn)生的后向 散射光再經(jīng)所述耦合器進行光濾波和分離。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的拉曼散射光纖波分耦合器，其特征在于所述 Anti-stokes濾光片(22)為Anti-stokes喇曼散射波長窄帶濾光片；所述stokes濾光片(23)為stokes喇曼散射波長窄帶濾光片。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種拉曼散射光纖波分耦合器，該耦合器包括依次連接的光纖環(huán)形器、反斯托克斯Anti-stokes濾光片、斯托克斯stokes濾光片；所述耦合器的輸入端通過光纖輸入大功率窄脈沖光；所述耦合器的反饋端與傳感光纖相連；所述耦合器的輸出端將所述傳感光纖中帶有溫度信息的后向Anti-stokes光信號及stokes光信號提取輸出。與傳統(tǒng)的普通耦合器+光濾波器的拉曼光信號的提取方式相比，本發(fā)明可提高有用光的提取效率。
文檔編號G02B6/293GK101893738SQ201010122479
公開日2010年11月24日 申請日期2010年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月11日
發(fā)明者仝芳軒, 周正仙, 席剛, 楊斌, 皋魏 申請人:上海華魏光纖傳感技術(shù)有限公司