基于非对称π相移光纤光栅的波长漂移探测装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于微波光子学领域，公开了一种基于非对称π相移光纤光栅的波长漂移探测装置和方法。本发明专利技术通过采用相位调制、非对称π相移光纤光栅滤波、光路放大、温度控制等技术，可实现可调谐的单边带信号调制，然后将载波信号和单边带信号一同输入到掺铒布拉格光纤光栅的反射区域，被反射的信号在光电探测器中会产生拍频，利用拍频的变化来探测泵浦引起的掺铒布拉格光纤光栅反射谱的波长漂移。通过这种与微波领域相结合的方法，可以进行高精度的波长漂移测量，测试结果表明该系统的波长漂移测量精度为0.008nm，并且有望进一步提高。

【技术实现步骤摘要】
基于非对称π相移光纤光栅的波长漂移探测装置和方法
本专利技术属于微波光子学领域，更具体地，涉及一种基于非对称π相移光纤光栅的波长漂移探测装置和方法。
技术介绍
近年来，以光信号为载体、光纤为媒介的光纤通信得到了国内外学者的广泛研究，并且随着各种复用和高级编码技术的应用，以光纤通信为代表的光互连传输具有传输带宽大、传输损耗低、传输速率高、传输距离长的优点。而微波光子学结合了光学领域和微波领域的信号，将彼此的优点进行放大，引起了广大学者的研究兴趣，具有广阔的应用前景。光纤光栅应用在光纤通信系统中具有尺寸小、损耗低、成本少、抗电磁干扰等优点，其中一个广泛的应用就是作为传感器。而刻写在掺铒光纤上的光纤光栅作为传感器时除了随着外部的温度和应力等因素变化而变化，还可以使用泵浦变化作为传感机制。随着泵浦功率的变化，掺铒光纤光栅的反射谱也会随之发生改变，这一特点发生在光纤内部，不需要使用外部仪器精确调节，避免了外部环境因素对仪器和实验系统的影响，从而操作更为方便、精度也更高。相移布拉格光纤光栅由于相移点处很窄区域内的低反射率的特点，可以用来作为窄带滤波器使用；并且，随着温度的改变，相移点对应的波长也随之改变，从而可以作为一个可调谐的窄带滤波器。利用这一特点，相移布拉格光纤光栅也是实现单边带调制的常用光学器件。对于泵浦引起的掺铒布拉格光纤光栅反射谱的移动，可以通过光谱仪进行波长解调来探测。常用的商业光谱仪的精度一般是0.02nm，测量精度有限，而且通常使用商业光谱仪成本相对较高。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于非对称π相移光纤光栅的波长漂移探测装置和方法，旨在解决现有波长漂移测量精度较低而成本较高的问题。为实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种基于非对称π相移光纤光栅的波长漂移探测装置，包括：可调谐激光光源、第一偏振控制器、相位调制器、信号发生器、第二偏振控制器、掺铒光纤放大器、第一环形器、温度控制设备、非对称π相移光纤光栅、第二环形器、波分复用器、泵浦光源、掺铒布拉格光纤光栅、光电探测器、电信号放大器、频谱分析仪；其中，所述可调谐激光光源经过所述第一偏振控制器连接到所述相位调制器，所述相位调制器的射频端口连接信号发生器，所述相位调制器的输出端口经过所述第二偏振控制器连接到所述掺铒光纤放大器的输入端，所述掺铒光纤放大器的输出端与所述第一环形器的第一端口相连，所述非对称π相移光纤光栅与所述第一环形器的第二端口相连，所述第一环形器的第三端口连接到所述第二环形器的第一端口；所述波分复用器的第一端口与所述第二环形器的第二端口相连，所述波分复用器的第二端口接入所述泵浦光源，所述波分复用器的第三端口与所述掺铒布拉格光纤光栅相连；所述光电探测器的输入端与所述第二环形器的第三端口相连，且输出端依次与所述电信号放大器、频谱分析仪连接；所述非对称π相移光纤光栅置于温度控制设备上。进一步地，所述非对称π相移光纤光栅刻写在普通单模光纤上，在相移点两边分两段刻写光栅。进一步地，所述第一环形器的第三端口经光耦合器连接到所述第二环形器的第一端口；所述光耦合器为Y型光耦合器，其一个输出端连接到所述第二环形器的第一端口，另一输入端与光谱仪连接。进一步地，所述泵浦光源为980nm波长的泵浦光源。进一步地，所述信号发生器为40GHz的高频信号发生器。进一步地，所述频谱分析仪为高频频谱分析仪。本专利技术的另一方面还提供了一种上述波长漂移探测装置的探测方法，包括以下步骤：利用所述非对称π相移光纤光栅的陷波特性滤除相位调制产生的其中一个边带信号，实现单边带调制；通过所述光耦合器分出一部分光并被光谱仪监测，剩下的光被所述掺铒布拉格光纤光栅反射进入所述光电探测器中，产生拍频信号；改变相位调制的频率，并同步调节温度，保持单边带调制效果；进入所述掺铒布拉格光纤光栅反射区域的边带信号在不同位置处获得不同的反射率，在反射谱的极小值处拍频取得幅度最小值；增加泵浦功率，反射谱发生红移，改变调制频率，使得拍频幅度获得新的最小值；获取拍频取得最小值时对应的频率漂移，得到掺铒布拉格光纤光栅反射谱在泵浦作用下的波长漂移。本专利技术所构思的以上技术方案用于测量由980nm泵浦引起的掺铒布拉格光纤光栅反射谱的波长漂移，与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)相对于传统的用光谱仪直接测量波长漂移的方法，本专利技术提出将光域上的波长漂移转换为微波光子领域的频率漂移，将反射谱上极小点的波长漂移转换成边带信号在该点位置处与光载波形成的拍频幅度最小值对应的频率漂移，其精度得到显著提高，并且本装置相对于商业光谱仪而言降低了成本。(2)本专利技术中使用的非对称π相移光纤光栅提供了大带宽的高反射区域，使得调制频率变化的范围可以更广，光载波的波长可以保持不变，避免了光载波波长的变化对系统的扰动，因此系统的稳定性得到了提高。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种基于非对称π相移光纤光栅的高精度波长漂移探测装置的结构示意图；图2是本专利技术实施例中光谱仪监测到的单边带调制效果图。图3是本专利技术实施例实验过程中的光谱示意图。附图标记含义如下：101-可调谐激光光源、102-第一偏振控制器、103-相位调制器、104-信号发生器、105-第二偏振控制器、106-掺铒光纤放大器、107-第一光环形器、108-温度控制设备、109-非对称π相移光纤光栅、110-分光比为10∶90的Y型光耦合器、111-第二环形器、112-光谱仪、113-波分复用器、114-泵浦光源、115-掺铒布拉格光纤光栅、116-光电探测器、117-电信号放大器、118-频谱分析仪。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术实施例的一种基于非对称π相移光纤光栅的高精度波长漂移探测装置，其结构示意图如图1所示，包括可调谐激光光源(101)、第一偏振控制器(102)、相位调制器(103)、信号发生器(104)、第二偏振控制器(105)、掺铒光纤放大器(106)、第一环形器(107)、温度控制设备(108)、非对称π相移光纤光栅(109)、光耦合器(110)、第二环形器(111)、光谱仪(112)、波分复用器(113)、泵浦光源(114)、掺铒布拉格光纤光栅(115)、光电探测器(116)、电信号放大器(117)、频谱分析仪(118)。泵浦光源(114)具体为980nm波长的泵浦光源，非对称π相移光纤光栅(109)被置于温度控制设备(108)上。由可调谐激光光源(101)发出连续光，经过第一偏振控制器(102)连接到相位调制器(103)上，相位调制器的射频端口接入40GHz的信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于非对称π相移光纤光栅的波长漂移探测装置，其特征在于，包括：可调谐激光光源(101)、第一偏振控制器(102)、相位调制器(103)、信号发生器(104)、第二偏振控制器(105)、掺铒光纤放大器(106)、第一环形器(107)、温度控制设备(108)、非对称π相移光纤光栅(109)、第二环形器(111)、波分复用器(113)、泵浦光源(114)、掺铒布拉格光纤光栅(115)、光电探测器(116)、电信号放大器(117)、频谱分析仪(118)；/n其中，所述可调谐激光光源(101)经过所述第一偏振控制器(102)连接到所述相位调制器(103)，所述相位调制器(103)的射频端口连接信号发生器(104)，所述相位调制器(103)的输出端口经过所述第二偏振控制器(105)连接到所述掺铒光纤放大器(106)的输入端，所述掺铒光纤放大器(106)的输出端与所述第一环形器(107)的第一端口相连，所述非对称π相移光纤光栅(109)与所述第一环形器(107)的第二端口相连，所述第一环形器(107)的第三端口连接到所述第二环形器(111)的第一端口；/n所述波分复用器(113)的第一端口与所述第二环形器(111)的第二端口相连，所述波分复用器(113)的第二端口接入所述泵浦光源(114)，所述波分复用器(113)的第三端口与所述掺铒布拉格光纤光栅(115)相连；所述光电探测器(116)的输入端与所述第二环形器(111)的第三端口相连，且输出端依次与所述电信号放大器(117)、频谱分析仪(118)连接；/n所述非对称π相移光纤光栅(109)置于温度控制设备(108)上。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于非对称π相移光纤光栅的波长漂移探测装置，其特征在于，包括：可调谐激光光源(101)、第一偏振控制器(102)、相位调制器(103)、信号发生器(104)、第二偏振控制器(105)、掺铒光纤放大器(106)、第一环形器(107)、温度控制设备(108)、非对称π相移光纤光栅(109)、第二环形器(111)、波分复用器(113)、泵浦光源(114)、掺铒布拉格光纤光栅(115)、光电探测器(116)、电信号放大器(117)、频谱分析仪(118)；
其中，所述可调谐激光光源(101)经过所述第一偏振控制器(102)连接到所述相位调制器(103)，所述相位调制器(103)的射频端口连接信号发生器(104)，所述相位调制器(103)的输出端口经过所述第二偏振控制器(105)连接到所述掺铒光纤放大器(106)的输入端，所述掺铒光纤放大器(106)的输出端与所述第一环形器(107)的第一端口相连，所述非对称π相移光纤光栅(109)与所述第一环形器(107)的第二端口相连，所述第一环形器(107)的第三端口连接到所述第二环形器(111)的第一端口；
所述波分复用器(113)的第一端口与所述第二环形器(111)的第二端口相连，所述波分复用器(113)的第二端口接入所述泵浦光源(114)，所述波分复用器(113)的第三端口与所述掺铒布拉格光纤光栅(115)相连；所述光电探测器(116)的输入端与所述第二环形器(111)的第三端口相连，且输出端依次与所述电信号放大器(117)、频谱分析仪(118)连接；
所述非对称π相移光纤光栅(109)置于温度控制设备(108)上。


2.如权利要求1所述的波长漂移探测装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙军强，开丽，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42