專利名稱：基于菲涅爾全息型波分復(fù)用器的光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)裝置，尤其是涉及一種基于菲涅爾全息型波分復(fù)用器的光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)裝置。
背景技術(shù)：
光纖光柵傳感器具有靈敏度高、抗電磁干擾、基于波長(zhǎng)編碼工作、能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)分布式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，因而成為傳感領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)是實(shí)現(xiàn)光纖光柵傳感的關(guān)鍵技術(shù)，已有多種解調(diào)方法被相繼提出，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。相比之下，邊緣濾波器法 (#JALS. Μ. Melle,K. Liu, and R. Μ. Measures, IEEE Photonics Technology Letters, 1992, 4(5) 516-518)不僅成本較低、使用較方便、穩(wěn)定性較好，而且具有響應(yīng)速度快，同時(shí)適用于靜態(tài)參量測(cè)量和動(dòng)態(tài)參量測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，但該方法僅適合單個(gè)光纖光柵的波長(zhǎng)解調(diào)。陣列波導(dǎo)光柵(AWG)解調(diào)法(參見(jiàn)JP 2000-180270, SANO YASUKAZU)以AWG波分復(fù)用器作為濾波器，克服了邊緣濾波器法的上述缺點(diǎn)，可同時(shí)對(duì)多個(gè)光纖光柵進(jìn)行波長(zhǎng)解調(diào)。然而，AWG的制作采用標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體工藝，成本相對(duì)較高，而且可能存在通道透射譜與光纖光柵反射譜波長(zhǎng)范圍不匹配的問(wèn)題。因此，探尋新的用于光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)的濾波器具有重要的應(yīng)用價(jià)值。菲涅爾全息型波分復(fù)用器(參見(jiàn)中國(guó)專利CN 1256821C)是近年來(lái)提出的一種具有離軸Fresnel透鏡結(jié)構(gòu)的新型波分復(fù)用器。該波分復(fù)用器采用激光全息技術(shù)制作而成，并且適合通過(guò)復(fù)制技術(shù)進(jìn)行大批量生產(chǎn)(參見(jiàn)X. Ren, S. Liu, X. Zhang, and S. Li， Proceedings of SPIE，2008，6832 :68322M-1-68322M_8)，因此具有成本低、生產(chǎn)速率高的特點(diǎn)。此外，由于該波分復(fù)用器屬于角色散器件，它可使復(fù)用在一根光纖中的多波長(zhǎng)光信號(hào)按波長(zhǎng)在空間中分開(kāi)，每個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于空間唯一的衍射角，因此改變輸出端接收光纖的位置即可改變通道透射譜的波長(zhǎng)范圍。上述特點(diǎn)表明，以菲涅爾全息型波分復(fù)用器作為濾波器能夠低成本地實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)多個(gè)光纖光柵進(jìn)行波長(zhǎng)解調(diào)；并且可方便地解決AWG解調(diào)法可能存在的波長(zhǎng)范圍不匹配的問(wèn)題，適用性較強(qiáng)。但目前采用菲涅爾全息型波分復(fù)用器進(jìn)行光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)的技術(shù)尚未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種成本較低、適用性強(qiáng)，能夠同時(shí)對(duì)多個(gè)光纖光柵進(jìn)行波長(zhǎng)解調(diào)，而且可用于動(dòng)態(tài)與靜態(tài)參量結(jié)合測(cè)量的基于菲涅爾全息型波分復(fù)用器的光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明設(shè)有環(huán)形器、菲涅爾全息型波分復(fù)用器、光電探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)；環(huán)形器設(shè)有光源光輸入端口、光源光輸出端口和光纖光柵反射光輸出端口，光源光輸入端口外接光源，光源光輸出端口外接光纖光柵組；菲涅爾全息型波分復(fù)用器的輸入端與環(huán)形器的光纖光柵反射光輸出端口連接，菲涅爾全息型波分復(fù)用器設(shè)有多個(gè)通道，每個(gè)通道只對(duì)一個(gè)光纖光柵的反射光進(jìn)行濾波，每個(gè)通道均設(shè)光電探測(cè)器，各光電探測(cè)器輸出端均接數(shù)據(jù)采集卡輸入端，數(shù)據(jù)采集卡輸出端接計(jì)算機(jī)。本發(fā)明的工作原理及有益效果如下通過(guò)采用菲涅爾全息型波分復(fù)用器、光電探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)的組合，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)多個(gè)光纖光柵進(jìn)行波長(zhǎng)解調(diào)菲涅爾全息型波分復(fù)用器用于接收光纖光柵的反射光，起到多通道濾波器的作用，通道的透射譜近似符合高斯型，各光纖光柵的反射光通過(guò)相鄰的兩個(gè)通道進(jìn)行濾波，相鄰?fù)ǖ劳干渥V的重疊部分所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍即是波長(zhǎng)解調(diào)的有效范圍，每個(gè)通道只對(duì)一個(gè)光纖光柵的反射光進(jìn)行濾波可以避免串?dāng)_；光電探測(cè)器用于測(cè)量通道的輸出光功率，其數(shù)目與通道的數(shù)目相同；數(shù)據(jù)采集卡用于采集各光電探測(cè)器的輸出電信號(hào)；計(jì)算機(jī)用于對(duì)相鄰光電探測(cè)器的輸出量作除法運(yùn)算和對(duì)結(jié)果取對(duì)數(shù)，以及根據(jù)運(yùn)算結(jié)果和光纖光柵反射譜的峰值波長(zhǎng)所成的線性關(guān)系顯示波長(zhǎng)解調(diào)的結(jié)果。除法運(yùn)算消除了光源功率不平坦及波動(dòng)的影響，取對(duì)數(shù)使運(yùn)算結(jié)果和光纖光柵反射譜的峰值波長(zhǎng)成線性關(guān)系(參見(jiàn)中國(guó)專利CN 2745045Y)。本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點(diǎn)1、成本較低。本發(fā)明所采用的濾波器即菲涅爾全息型波分復(fù)用器采用激光全息技術(shù)制作而成，并且適合通過(guò)復(fù)制技術(shù)進(jìn)行大批量生產(chǎn)，具有成本低、生產(chǎn)速率高的特點(diǎn)，因而采用本發(fā)明所述的光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)裝置成本較低。2、適用性較強(qiáng)。本發(fā)明所采用的濾波器即菲涅爾全息型波分復(fù)用器屬于角色散器件，改變輸出端接收光纖的位置即可改變通道透射譜的波長(zhǎng)范圍，可方便地解決采用陣列波導(dǎo)光柵(AWG)解調(diào)裝置可能存在的通道透射譜與光纖光柵反射譜波長(zhǎng)范圍不匹配的問(wèn)題，因而本發(fā)明適用性顯著加強(qiáng)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成及應(yīng)用示意圖(同時(shí)對(duì)多個(gè)光纖光柵進(jìn)行波長(zhǎng)解調(diào)的系統(tǒng)示意圖)。圖1中1為寬帶光源，2為環(huán)形器，3為光纖光柵組(光纖光柵組為多個(gè)光纖光柵串聯(lián)在一起)，4為菲涅爾全息型波分復(fù)用器，5為菲涅爾全息型波分復(fù)用器的通道，6為光電探測(cè)器，7為數(shù)據(jù)采集卡，8為計(jì)算機(jī)。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，寬帶光源1發(fā)出的光從環(huán)形器2的端口 A輸入，經(jīng)環(huán)形器2從端口 B 輸出進(jìn)入串聯(lián)在一起的多個(gè)光纖光柵3。光纖光柵3感知所在位置待測(cè)物理量的變化，并將其轉(zhuǎn)換為反射譜峰值波長(zhǎng)的變化，所說(shuō)的反射譜近似符合高斯型。光纖光柵3的反射光經(jīng)環(huán)形器2從端口 C輸出，進(jìn)入起多通道濾波器作用的菲涅爾全息型波分復(fù)用器4。菲涅爾全息型波分復(fù)用器4的通道5的透射譜近似符合高斯型，各光纖光柵3的反射光通過(guò)相鄰的兩個(gè)通道5進(jìn)行濾波，相鄰兩個(gè)通道透射譜的重疊部分所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍即是波長(zhǎng)解調(diào)的有效范圍，每個(gè)通道只對(duì)一個(gè)光纖光柵3的反射光進(jìn)行濾波以避免串?dāng)_。光電探測(cè)器6與菲涅爾全息型波分復(fù)用器4的通道5連接，用于測(cè)量通道5的輸出光功率，光電探測(cè)器6的數(shù)目與通道5的數(shù)目相同。數(shù)據(jù)采集卡7與光電探測(cè)器6的電信號(hào)輸出端連接，用于采集各光電探測(cè)器6的輸出電信號(hào)。計(jì)算機(jī)8與數(shù)據(jù)采集卡7的輸出端連接，用于對(duì)相鄰光電探測(cè)器6的輸出量作除法運(yùn)算和對(duì)結(jié)果取對(duì)數(shù)，以及根據(jù)運(yùn)算結(jié)果和光纖光柵反射譜的峰值波長(zhǎng)所成的線性關(guān)系顯示出波長(zhǎng)解調(diào)的結(jié)果，除法運(yùn)算消除了光源功率不平坦及波動(dòng)的影響，取對(duì)數(shù)使運(yùn)算結(jié)果和光纖光柵反射譜的峰值波長(zhǎng)成線性關(guān)系。
權(quán)利要求
1.基于菲涅爾全息型波分復(fù)用器的光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)裝置，其特征在于設(shè)有環(huán)形器、 菲涅爾全息型波分復(fù)用器、光電探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)；環(huán)形器設(shè)有光源光輸入端口、光源光輸出端口和光纖光柵反射光輸出端口，光源光輸入端口外接光源，光源光輸出端口外接光纖光柵組；菲涅爾全息型波分復(fù)用器的輸入端與環(huán)形器的光纖光柵反射光輸出端口連接，菲涅爾全息型波分復(fù)用器設(shè)有多個(gè)通道，每個(gè)通道只對(duì)一個(gè)光纖光柵的反射光進(jìn)行濾波，每個(gè)通道均設(shè)光電探測(cè)器；各光電探測(cè)器輸出端均接數(shù)據(jù)采集卡輸入端，數(shù)據(jù)采集卡輸出端接計(jì)算機(jī)。
全文摘要
基于菲涅爾全息型波分復(fù)用器的光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)裝置，涉及一種光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)裝置。設(shè)有環(huán)形器、菲涅爾全息型波分復(fù)用器、光電探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)。環(huán)形器設(shè)有光源光輸入端口、光源光輸出端口和光纖光柵反射光輸出端口，光源光輸入端口外接光源，光源光輸出端口外接光纖光柵組。菲涅爾全息型波分復(fù)用器的輸入端與環(huán)形器的光纖光柵反射光輸出端口連接，菲涅爾全息型波分復(fù)用器設(shè)有多個(gè)通道，每個(gè)通道均設(shè)光電探測(cè)器。各光電探測(cè)器輸出端均接數(shù)據(jù)采集卡輸入端，數(shù)據(jù)采集卡輸出端接計(jì)算機(jī)。本發(fā)明具有成本低、適用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，能夠同時(shí)對(duì)多個(gè)光纖光柵進(jìn)行波長(zhǎng)解調(diào)，而且可用于動(dòng)態(tài)與靜態(tài)參量結(jié)合測(cè)量。
文檔編號(hào)G01D5/26GK102435213SQ20111026092
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月2日
發(fā)明者李森森, 董小鵬 申請(qǐng)人:廈門(mén)大學(xué)