一種正交偏振激光器的傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種正交偏振激光器的傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)中測(cè)量長度、溫度、折射率、壓力等物理量的微小變化時(shí)，通常采用光纖 傳感器，基于馬赫-曾德爾的光學(xué)傳感器是一種常見的傳感器，其原理是由激光器發(fā)射激 光經(jīng)過耦合器分束進(jìn)入干涉儀的兩臂中，在將兩臂中的光經(jīng)耦合器匯合，形成干涉，由探測(cè) 器檢測(cè)兩束光的相位差，進(jìn)而確定能引起光程變化的物理量。由于兩臂的光光程差可以受 到溫度、壓力等外在條件的影響，所以，馬赫_曾德爾干涉儀可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)變、溫度等物理量 的測(cè)量，是許多高靈敏度傳感器的重要物理基礎(chǔ)。但這種傳感器檢測(cè)的是兩束激光的相位 差，其檢測(cè)精度和靈敏度依然有限，需要提供一種新型的高精度、高靈敏度的光學(xué)傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種正交偏振激光器的傳感器，旨在提高測(cè)量精度和靈敏 度。
[0004] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種正交偏振激光器的傳感器，包括泵浦源、含有增益介質(zhì) 的公共段以及通過第一偏振分光單元和第二偏振分光單元并列連接于所述公共段的兩端 之間的參考段和檢測(cè)段；
[0005] 所述第一偏振分光單元和第二偏振分光單元將入射光分為偏振方向不同的第一 線偏振光和第二線偏振光，所述公共段和參考段形成傳輸?shù)谝痪€偏振光的第一環(huán)形激光諧 振腔，所述公共段和檢測(cè)段形成傳輸?shù)诙€偏振光的第二環(huán)形激光諧振腔；
[0006] 所述檢測(cè)段設(shè)有能引起光程變化的傳感元件，所述公共段設(shè)有一輸出單元或者所 述參考段和檢測(cè)段各設(shè)有一輸出單元，所述輸出單元連接合光單元，所述合光單元連接光 電探測(cè)器，激光經(jīng)過所述輸出單元輸出，經(jīng)過合光單元后傳輸至光電探測(cè)器，在所述合光單 元和輸出單元之間還設(shè)有用于將第一線偏振光和第二線偏振光的偏振態(tài)變?yōu)橐恢碌钠?態(tài)旋轉(zhuǎn)單元。
[0007] 本發(fā)明提供的傳感器包括偏振態(tài)不同的兩個(gè)環(huán)形激光諧振腔，并且在檢測(cè)段設(shè)置 能引起光程變化的傳感元件，通過傳感元件感應(yīng)被測(cè)物理量，導(dǎo)致檢測(cè)段傳輸激光的光程 及頻率發(fā)生變化，使兩路激光產(chǎn)生頻率差，由這兩路不同頻率的激光發(fā)生外差干涉，通過檢 測(cè)頻率差確定被測(cè)物理量的大小，由于激光頻率對(duì)諧振腔的光程變化非常敏感，因此該傳 感器的檢測(cè)靈敏度和精度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的基于相位差的傳感器，并且該傳感器受由于兩個(gè)諧 振腔存在共程光路，因此外界環(huán)境對(duì)共程光路的影響導(dǎo)致兩諧振腔的頻率變化相一致，通 過外差干涉時(shí)相互抵消，因此該傳感器受外界環(huán)境影響小，抗干擾能力強(qiáng)，適合用于測(cè)量多 種物理量的微小變化。
【附圖說明】
[0008] 圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的正交偏振激光器的傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009] 圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的正交偏振激光器的傳感器的另一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010] 圖3是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的正交偏振激光器的傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖4是本發(fā)明第三實(shí)施例提供的正交偏振激光器的傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖5是本發(fā)明第四實(shí)施例提供的正交偏振激光器的傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0014] 以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)描述：
[0015] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種正交偏振激光器的傳感器，包括泵浦源01、設(shè)置有增益介 質(zhì)021的公共段02以及通過第一偏振分光單元05和第二偏振分光單元06并列連接于公 共段02的兩端之間的參考段03和檢測(cè)段04 ;公共段02和參考段03形成第一環(huán)形激光諧 振腔，公共段02和檢測(cè)段04形成第二環(huán)形激光諧振腔。第一偏振分光單元05和第二偏振 分光單元06可以將入射光分為偏振方向不同的第一線偏振光和第二線偏振光，為了便于 說明，將第一線偏振光記為P光，將第二線偏振光記為S光，當(dāng)然做相反的標(biāo)記也是可以的。 第一環(huán)形激光諧振腔和第二環(huán)形激光諧振腔分別傳輸?shù)谝痪€偏振光和第二線偏振光?？梢?理解，P光、S光以及上述第一、第二的命名僅是為了描述清楚，不作為限定本發(fā)明的技術(shù)特 征。檢測(cè)段04設(shè)有能引起光程變化的傳感元件07,該傳感元件07用于感應(yīng)被測(cè)物理量，公 共段02設(shè)有一輸出單元08,或者參考段03和檢測(cè)段04各設(shè)有一輸出單元08,激光經(jīng)輸出 單元08輸出后，再經(jīng)過合光單元11進(jìn)行合光，利用光電探測(cè)器09探測(cè)合光后的干涉干涉 圖樣，在合光單元11和輸出單元08之間的S光或P光的傳輸光路上設(shè)有偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)單元 10,用于將第一線偏振光和第二線偏振光的偏振態(tài)變?yōu)橐恢拢詫?shí)現(xiàn)干涉檢測(cè)。
[0016] 以圖1為例，上述傳感器的工作原理為：泵浦源01發(fā)出泵浦光進(jìn)入公共段02,并 激發(fā)增益介質(zhì)021向兩側(cè)產(chǎn)生激發(fā)光，激發(fā)光經(jīng)過第一偏振分光單元05分為S光和P光， 并且使S光進(jìn)入檢測(cè)段04,P光進(jìn)入?yún)⒖级?3,被測(cè)物理量作用于檢測(cè)段04的傳感元件07 上，使P光頻率發(fā)生改變，而S光頻率沒有變化，這樣，第一環(huán)形激光諧振腔和第二環(huán)形激光 諧振腔中的激光產(chǎn)生與該外界通過傳感元件07引起的光程變化相關(guān)的頻率差，兩個(gè)諧振 腔中不同頻率的激光經(jīng)輸出單元輸出后進(jìn)行合光，產(chǎn)生外差干涉，然后由光電探測(cè)器09檢 測(cè)干涉圖樣，進(jìn)而獲得兩路激光的頻率差，根據(jù)該頻率差可以確定被測(cè)物理量的大小。具體
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種正交偏振激光器的傳感器，其特征在于，包括泵浦源、含有增益介質(zhì)的公共段以 及通過第一偏振分光單元和第二偏振分光單元并列連接于所述公共段的兩端之間的參考 段和檢測(cè)段； 所述第一偏振分光單元和第二偏振分光單元將入射光分為偏振方向不同的第一線偏 振光和第二線偏振光，所述公共段和參考段形成傳輸?shù)谝痪€偏振光的第一環(huán)形激光諧振 腔，所述公共段和檢測(cè)段形成傳輸?shù)诙€偏振光的第二環(huán)形激光諧振腔； 所述檢測(cè)段設(shè)有能引起光程變化的傳感元件，所述公共段設(shè)有一輸出單元或者所述參 考段和檢測(cè)段各設(shè)有一輸出單元，所述輸出單元連接合光單元，所述合光單元連接光電探 測(cè)器，激光經(jīng)過所述輸出單元輸出，經(jīng)過合光單元后傳輸至光電探測(cè)器，在所述合光單元和 輸出單兀之間還設(shè)有用于將第一線偏振光和第二線偏振光的偏振態(tài)變?yōu)橐恢碌钠駪B(tài)旋 轉(zhuǎn)單元。
2. 如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述公共段包括公共光纖、所述參考段包 括參考光纖，所述檢測(cè)段包括檢測(cè)光纖，所述能引起檢測(cè)光程變化的傳感元件設(shè)置于所述 檢測(cè)光纖上，所述公共光纖、檢測(cè)光纖和參考光纖采用保偏光纖。
3. 如權(quán)利要求2所述的傳感器，其特征在于，所述參考光纖和檢測(cè)光纖各設(shè)有一所述 輸出單元，于其中一所述輸出單元的輸出光路上設(shè)有所述偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)單元。
4. 如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述公共段采用自由空間傳輸形式，所述 參考段和檢測(cè)段采用光纖或自由空間傳輸形式，所述公共段設(shè)有輸出鏡； 或者，所述檢測(cè)光纖和參考光纖各設(shè)有一輸出單元，其中一個(gè)輸出單元連接所述偏振 態(tài)旋轉(zhuǎn)單元，另一個(gè)輸出單元和所述偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)單元共同連接所述合光單元。
5. 如權(quán)利要求4所述的傳感器，其特征在于，所述輸出鏡的一個(gè)輸出方向設(shè)有第三偏 振分光單元，將所述輸出鏡輸出的光分為偏振方向不同的線偏振光，且使二者沿不同的路 徑傳輸至所述光電探測(cè)器，在其中一種線偏振光的輸出路徑上設(shè)有所述偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)單元， 該偏振方向不同的線偏振光的偏振態(tài)分別和所述的第一線偏振光和第二線偏振光的偏振 態(tài)相同。
6. 如權(quán)利要求4所述的傳感器，其特征在于，在所述輸出鏡的兩個(gè)不同的輸出方向上， 分別設(shè)有一棱鏡和一半反半透鏡，其中一種線偏振光直接輸出至所述半反半透鏡，另一種 線偏振光經(jīng)過所述棱鏡反射至所述半反半透鏡，在其中一種偏振光的輸出路徑上設(shè)有所述 偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)單元。
7. 如權(quán)利要求6所述的傳感器，其特征在于，在所述檢測(cè)段設(shè)有第一隔離器，在所述參 考段設(shè)有第二隔離器，所述第一隔離器和第二隔離器的隔離方向相反。
8. 如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的傳感器，其特征在于，在所述參考段上設(shè)有延時(shí)單 J1_1〇
9. 如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的傳感器，其特征在于，在所述參考段和/或檢測(cè)段上 設(shè)有可調(diào)衰減單元。
10. 如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的傳感器，其特征在于，所述公共段設(shè)有單頻獲取單 元，或者所述參考段和檢測(cè)段各設(shè)有一單頻獲取單元。
【專利摘要】本發(fā)明適用于傳感技術(shù)領(lǐng)域，提供一種正交偏振激光器的傳感器，包括泵浦源、含有增益介質(zhì)的公共段及參考段和檢測(cè)段；第一、第二偏振分光單元將入射光分為偏振方向不同的第一、第二線偏振光，公共段和參考段形成第一激光諧振腔，公共段和檢測(cè)段形成第二激光諧振腔；檢測(cè)段設(shè)有傳感元件，公共段或參考段和檢測(cè)段設(shè)有輸出單元，其出射光路上設(shè)有光電探測(cè)器，光電探測(cè)器和輸出單元之間設(shè)有偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)單元。本發(fā)明包括偏振態(tài)不同的兩個(gè)激光諧振腔，傳感元件感應(yīng)被測(cè)物理量導(dǎo)致諧振腔光程變化，不同頻率的激光發(fā)生干涉，通過檢測(cè)頻率差確定被測(cè)物理量，激光頻率對(duì)諧振腔的光程變化非常敏感，因此該傳感器的靈敏度高并且抗干擾能力強(qiáng)。
【IPC分類】G01D5-26
【公開號(hào)】CN104655159
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510070601
【發(fā)明人】文僑, 梁國文, 李冀, 牛憨笨
【申請(qǐng)人】深圳大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年2月10日