一种光纤激光高温报警器制造技术

本发明专利技术公开了一种光纤激光高温报警器,包括依次连接的一个DBR光纤激光器以及位于DBR光纤激光器输出端的光探测器，DBR光纤激光器具有激光输出阈值随环境温度的升高而降低的特点，实现激光输出的温度触发功能，当环境温度未达到所设定的温度时，激光无输出，当环境温度达到或超过设定的温度时，激光输出；光探测器具有对激光有无输出的探测能力，并以此为基础判定是否输出报警信号，当探测到没有激光时，判定为不报警，当探测到激光信号时，判定为报警并输出报警信号；光纤激光高温报警器可以排除应变和侧向压力的干扰，具有报警温度可调谐的能力，具有耐高温特性，可以在不高于600摄氏度的高温环境下保持正常的工作的能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤激光传感领域，特别涉及一种光纤激光高温报警器。
技术介绍
分布式布拉格反射光纤激光器(DistributedBraggReflectorfiberlaser，DBRfiberlaser)具有结构小巧、抗电磁干扰、可复用、窄线宽以及高信噪比等优势，可以应用于窄线宽光源以及光纤传感领域，是最具发展潜力的光纤器件之一。由于DBR光纤激光器的布拉格反射器(光纤布拉格光栅)的波长对于温度具有响应，因此，可以通过激光输出的波长变化或者正交偏振双频拍频的追迹来实现对于环境温度的传感功能。一方面，由于布拉格反射器存在应变和侧向压力的交叉敏感性，会带来对温度的测量结果的影响。为了克服上述问题，香港理工大学L.Y.Shao等人，采用激光波长结合偏振双频拍频的办法实现了对温度和应变的同时测量(IEEEPhotonicsTechnologyLetters,19，1598，2007)；南开大学B.Liu等人，采用激光阵列结合偏振双频拍频的方法实现了温度和侧向压力的同时测量(OpticalFiberTechnology，17,619,2011)。另一方面，传统DBR光纤激光器的光纤光栅反射器并不具有高温抵抗的能力。在高温环境中，反射器的反射率热消退会引起谐振腔Q值的降低，最终导致增益无法超过阈值而无法实现激光输出，使其应用范围受到了限制。为了克服这一问题，英国阿斯顿大学的Y.Lai等人采用飞秒激光器在铒镱共掺有源光纤上直接刻写光纤光栅反射谐振腔，利用硅基光纤的多光子吸收“损伤”机制所引起的永久性折射率变化，实现了在600摄氏度高温下的稳定激光器输出(OpticsLetters,31,1672,2006)。中国浙江大学的Y.Shen等人采用铋锗共掺的无源光纤制作了一对I型光纤光栅反射器并将其熔接在有源光纤两端，利用铋的调制热稳定性实现了耐高温DBR光纤激光器，可以耐受400摄氏度环境(OpticsExpress,15,363,2007)。中国大连理工大学B.Guan等人在铒镱共掺有源光纤上直接制作了基于退火的过饱和I型光纤光栅反射器的DBR光纤激光器，可以抵抗500摄氏度的高温(Opt.Express,16,2958,2008)。为了进一步提高耐温性，美国匹兹堡大学的R.Chen等人采用再生光纤光栅(RegeneratedfiberBragggrating)作为反射器，可以耐受高达750摄氏度的高温(OpticsLetters,38,2490,2013)。中国暨南大学的Y.Ran等人采用IIa型光纤光栅反射器制作DBR光纤激光器，可以稳定工作于600摄氏度高温的环境下。采用上述方法的结合，可以实现光纤激光器对环境温度尤其是高温的传感功能。不过，上述的方法都需要采用精细的波长分辨手段(如光谱分析仪)或者频谱分辨手段(如频谱分析仪)来实现解调，价格比较昂贵，解调方式也比较复杂。而且在实际应用时需要提前布设信号传递光纤来实现实时监控，也增大了应用难度。采用激光的有无检测(功率输出与无输出检测)，从而实现报警功能是一种更具实用性的手段，如目前侵入式激光报警器，已经广泛的应用于防盗、安保等方面。然而，如何应用DBR光纤激光器实现对于温度的触发报警功能还尚未有所涉及。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种光纤激光高温报警器，通过具有温度触发特性的分布式布拉格反射光纤激光器实现对特定温度的报警功能，无交叉敏感，结构小巧，工作方式简单。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：一种光纤激光高温报警器，包括DBR光纤激光器以及光探测器。所述DBR光纤激光器具有激光输出阈值随环境温度的升高而降低的特点，可以实现激光输出的温度触发功能，当环境温度未达到所设定的温度时，激光无输出，当环境温度达到或超过设定的温度时，激光输出；所述的光探测器具有对激光有无输出的探测能力，并以此为基础判定是否输出报警信号，当探测到没有激光时，判定为不报警，当探测到激光信号时，判定为报警并输出报警信号；所述光纤激光高温报警器可以排除应变和侧向压力的干扰；所述光纤激光高温报警器具有报警温度可调谐的能力；所述光纤激光高温报警器具有耐高温特性，可以在不高于600摄氏度的高温环境下保持正常的工作的能力。所述DBR光纤激光器包括依次相连的泵浦激光器和激光腔所组成，所述激光腔结构包含一段有源光纤以及处于有源光纤两端的一对光纤布拉格光栅反射器(输入端次生-IIa型光纤布拉格光栅反射器和输出端次生-IIa型光纤布拉格光栅反射器)。所述有源光纤具体是：纤芯通过掺杂铒、镱等稀土离子实现对泵浦光的吸收，并实现增益。所述DBR光纤激光器具有可实现激光输出的泵浦激光功率阈值(后简称输出阈值)随温度的升高而降低的特点。这是由于当激光腔参数一定时，输出阈值只取决于光纤布拉格光栅反射器的反射率的变化。而所述光纤布拉格光栅反射器的反射率在一定温度范围内反射率随环境温度的升高而增大。因此，设定适当的泵浦功率并保持泵浦功率恒定，由于在环境温度低于特定温度的时候，DBR激光器的输出阈值高于所设置的泵浦功率，因此无激光输出；而当环境温度达到或者超过特定温度时，由于DBR激光器输出阈值的降低随温度的升高而降低，因此，设定的泵浦功率将会高于DBR激光器输出阈值，实现激光输出。所述DBR光纤激光器的触发温度可以通过有源光纤、光纤布拉格光栅反射器以及泵浦功率等参数的设定来实现调控与设置。所述次生-IIa型光纤布拉格光栅反射器具体是：带有次生光栅的IIa型光纤布拉格光栅(后简称“次生-IIa光栅”)，其反射谱线具有双峰或者双峰叠加的特点，双峰结构为次生光栅和IIa型光栅构成，次生光栅反射峰位于IIa型光栅反射峰的短波长方向。这种独特的双峰现象与光纤的双折射、光栅旁瓣以及高阶模耦合无关。所述双峰峰值波长对于温度都具有正向响应，而次生光栅反射峰的温度敏感性更高，随着温度的提高，次生光栅反射峰在波长上呈现靠近IIa型光栅反射峰并与之相叠的趋势，并在一定温度下可以达到双峰波长完全对应，也就是双峰完美的叠加。双峰叠加过程中不会出现法布里-珀罗干涉图样，但是会呈现出叠加峰反射率不断增强的效果，此种反射率增强效果只与环境温度有关，与作用于光纤上的应变和侧压力无关。所述次生-IIa光栅对于有源光纤的具体要求是：光纤纤芯直径必须小于6微米，优选的，为3微米，纤芯锗离子含量大于10％，其包层直径与前述的有源光纤相匹配。所述有源光纤两端的一对光纤布拉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤激光高温报警器,其特征在于，所述高温报警器包括依次连接的一个DBR光纤激光器以及位于所述DBR光纤激光器输出端的光探测器；所述DBR光纤激光器包括依次相连的泵浦激光器和激光腔所组成，所述激光腔结构包含一段有源光纤以及处于所述有源光纤两端的输入端次生‑IIa型光纤布拉格光栅反射器和输出端次生‑IIa型光纤布拉格光栅反射器；所述泵浦激光器与所述输入端次生‑IIa型光纤布拉格光栅反射器通过通信光纤相连接，所述输出端次生‑IIa型光纤布拉格光栅反射器与光探测器通过空间光耦合或者通信光纤相连接。

【技术特征摘要】
1.一种光纤激光高温报警器,其特征在于，所述高温报警器包括依次连接
的一个DBR光纤激光器以及位于所述DBR光纤激光器输出端的光探测器；
所述DBR光纤激光器包括依次相连的泵浦激光器和激光腔所组成，所述激
光腔结构包含一段有源光纤以及处于所述有源光纤两端的输入端次生-IIa型光
纤布拉格光栅反射器和输出端次生-IIa型光纤布拉格光栅反射器；
所述泵浦激光器与所述输入端次生-IIa型光纤布拉格光栅反射器通过通信
光纤相连接，所述输出端次生-IIa型光纤布拉格光栅反射器与光探测器通过空间
光耦合或者通信光纤相连接。
2.根据权利要求1所述的一种光纤激光高温报警器,其特征在于，所述DBR
光纤激光器的激光输出阈值随环境温度的升高而降低，实现激光输出的温度触
发功能，当环境温度未达到所设定的温度时，激光无输出，当环境温度达到或
超过设定的温度时，激光输出；
所述光探测器对激光有无输出进行探测，并以此为基础判定是否输出报警
信号，当探测到没有激光时，判定为不报警，当探测到激光信号时，判定为报
警并输出报警信号。
3.根据权利要求1所述的一种光纤激光高温报警器,其特征在于，所述有
源光纤的纤芯掺杂铒、镱以及锗离子，实现对泵浦光的吸收，并实现增益。其
包层和纤芯直径与布拉格光栅反射器所写制于的光纤相匹配。
4.根据权利要求1所述的一种光纤激光高温报警器,其特征在于，所述次
生-IIa型光纤布拉格光栅反射器具体是：带有次生光栅的IIa型光纤布拉格光栅，
其反射谱线具有双峰或者双峰叠加的特点，双峰结构为次生光栅和IIa型光栅构
成，次生光栅反射峰位于IIa型光栅反射峰的短波长方向。
5.根据权利要求1所述的一种光纤激光高温报警器,其特征在于，所述有
源光纤两端的输入端次生-IIa型光纤布拉格光栅反射器和所述输出端次生-IIa型
光纤布拉格光栅反射器的反射率、反射波长以及光谱特性相一致。
6.根据权利要求4所述的一种光纤激光高温...

【专利技术属性】
技术研发人员：冉洋，冯福荣，关柏鸥，金龙，梁贻智，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44