一种微结构光纤传感网络及构建方法技术

本发明专利技术公开了一种微结构光纤传感网络及构建方法，一个DWDM对应待测物质的两个吸收峰波长，DWDM的利用率更高，当通道数量较多时网络搭建成本大幅降低。另外，本发明专利技术选取待测物质最强的两个吸收峰波长进行传感，实现了全部通道的高灵敏度传感。本发明专利技术的通道数量不受待测物质吸收峰波长数量的限制，可根据需求拓展通道数量。通道数量。通道数量。

【技术实现步骤摘要】
一种微结构光纤传感网络及构建方法


[0001]本专利技术涉及光纤传感
，具体涉及一种微结构光纤传感网络及构建方法。

技术介绍

[0002]光纤传感已经步入了高速发展阶段，且逐步向小型化、网络化、高灵敏度、高分辨率等方向发展。光纤传感技术提升的一个重要方式就是要让信号光与待测参量充分作用实现光波的调制。因此研究者们开始不断设计和研究各种光纤结构来满足信号光与待测参量充分作用，并实现对待测参量的高敏感性，如光栅、光纤拉锥等。但在新一轮的发展中，微结构光纤由于其独特的多孔结构而备受关注，通过在空气孔中直接填充待测物质或者填充对待测参量敏感的物质来让待测参量与光波直接接触，既不需要去除光纤的包层而损失光纤的韧性，同时也增强了光信号与待测参量之间的相互作用，提升了敏感性。
[0003]有源内腔光纤传感器是以光纤激光器为基础，将调制器置于光纤激光腔内部，充分利用光纤激光器高信噪比和窄线宽的特性实现高灵敏度、高分辨率、高信噪比传感，同时也有利于实现光纤传感器的远程遥感和组网研究。激光与具有一定吸收特性的物质相互作用时，可以根据激光功率和光谱的变化实现物质吸收强度的测量和物质类别的鉴定。传统的检测方法将激光入射到待测物质上，直接测量激光的功率或光谱。如果激光与物质只作用一次，会限制物质检测的灵敏度，不利于实现吸收强度较小的物质检测。而有源内腔传感技术将待测物质放置在激光器的谐振腔内部，激光在谐振腔内的往返增益的过程中增加了物质与激光相互作用的有效长度，从而可以极大地提高物质检测的灵敏度，尤其是在较低浓度气体检测方面体现出了强大的优势。
[0004]目前，基于有源内腔的多通道微结构光纤传感网络大致可以分为两种：一种是基于波分复用原理根据待测物质吸收峰的数量(M路)选取对应的合路器(M路)，然后每一路分别连接不同吸收峰对应的密集波分复用器(DWDM)，最终实现M通道的传感；另一种是基于时分复用原理，根据待测物质吸收峰的数量(M个)选取对应的光开关(M路)，然后每一路分别连接不同吸收峰对应的DWDM，最终实现M通道的传感。这两种方法实现的多通道传感均为一个DWDM对应一个吸收波长，该方法器件利用率较低、增加了使用成本，且每种物质都只有少数几个较强的吸收峰，其余的吸收峰均较弱，较弱的吸收峰用于传感时灵敏度较低，此外，通道数量受限于待测物质吸收峰的数量，通道拓展能力有限。
[0005]综上，要更好实现多通道微结构光纤传感网络系统，需采用器件利用率更高、灵敏度更高和通道拓展能力更强的系统搭建方式。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术旨在提供一种微结构光纤传感网络及构建方法，基于时分复用和波分复用相结合，通过光开关和电压梯度法对于F
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P滤波器的精准控制，将一个DWDM与两个最强吸收峰对应波长的匹配实现高灵敏度传感，同时也可以根据传感点位的需求来灵活选择不同通道数量的光开关，最终实现多通道微结构光纤传感网络的搭建。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种微结构光纤传感网络构建方法，选用半导体激光器作为泵浦源；将半导体激光器与滤波型波分复用器相连，滤波型波分复用器能够将半导体激光器射出的泵浦光送至掺铒光纤中，且能够将循环过程中产生的反馈光持续送入光路中；选用光纤F
‑
P滤波器作为选频器件连接于所述掺铒光纤，用于滤光并扫描输出波长，所述光纤F
‑
P滤波器连接于精密电源模块，所述精密电源模块接入电脑控制系统，电脑控制系统可控制精密电源模块加在光纤F
‑
P滤波器的电压，实现对光纤F
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P滤波器输出波长的控制；采用时分复用和波分复用技术，通过一个1
×
N的光开关和N个密集波分复用器，将传感通道数量拓展为2N个传感通道；
[0009]每个密集波分复用器对应两个传感点，这两个传感点选择传感待测物质吸收最强的位置从而增强传感的灵敏度；通过一个1
×
N光纤合束器将密集波分复用器的所有公共端口合路，然后将所述光纤合束器接入一个10∶90输出耦合器，所述10∶90输出耦合器的10％端口和90％端口分别连接到光谱分析仪和滤波型波分复用器，分别向光谱分析仪和滤波型波分复用器输出激光和反馈光；
[0010]根据待测物质最强两个吸收峰对应波长选取密集波分复用器，使其中一个吸收峰波长位于所选取的密集波分复用器的中心波长范围内，另一个吸收峰波长位于所选取的密集波分复用器的中心波长范围之外，通过精密电源模块控制F
‑
P滤波器的输出波长，使F
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P滤波器只扫描两个最强吸收峰附近的波长；每切换到光开关的一个端口便对连接该端口的密集波分复用器对应的两个吸收峰进行扫描，扫描结束后切换至光开关的下一端口。
[0011]进一步地，光开关的每一路端口分别与一个3dB耦合器相连，所述3dB耦合器作为分束器用于将光一分为二；每个3dB耦合器分出的两路光分别通过微结构光纤进入一个密集波分复用器的pass端和reflect端后从该密集波分复用器的com端输出。
[0012]进一步地，所述半导体激光器的光谱范围为980nm，功率范围0
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700mW。
[0013]进一步地，滤波型波分复用器的光谱范围为980/1550nm。
[0014]进一步地，利用隔离器确保光路的单向循环。
[0015]进一步地，所述光纤F
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P滤波器的光谱范围为108nm，精细度为10090。
[0016]进一步地，所述精密电源模块的分辨率为100nV，采样率为1.8MS/s。
[0017]本专利技术还提供一种利用上述构建的微结构光纤传感网络，其特征在于，包括半导体激光器、滤波型波分复用器、掺铒光纤、隔离器、光纤F
‑
P滤波器、精密电源模块、1
×
N的光开关、N个密集波分复用器、光纤合束器、10∶90输出耦合器、光谱分析仪和电脑控制系统；
[0018]所述半导体激光器、滤波型波分复用器、掺铒光纤、光纤F
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P滤波器依次连接，所述光纤F
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P滤波器与光开关的N个端口可依次切换连接；所述光纤F
‑
P滤波器5还连接于精密电源模块，所述精密电源模块连接于电脑控制系统，电脑控制系统可控制精密电源模块加在光纤F
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P滤波器上的电压，以控制光纤F
‑
P滤波器的输出波长；光纤F
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P滤波器连接至所述1
×
N的光开关，所述1
×
N的光开关和N个密集波分复用器构成2N个传感通道；所有密集波分复用器的公共端口均连接至光纤合束器，所述光纤合束器连接于10∶90输出耦合器，所述10∶90输出耦合器的10％端口和90％端口分别连接到光谱分析仪和滤波型波分复用器。
[0019]进一步地，光开关的每一路端口分别与一个3dB耦合器相连，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微结构光纤传感网络构建方法，其特征在于，选用半导体激光器作为泵浦源；将半导体激光器与滤波型波分复用器相连，滤波型波分复用器能够将半导体激光器射出的泵浦光送至掺铒光纤中，且能够将循环过程中产生的反馈光持续送入光路中；选用光纤F
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P滤波器作为选频器件连接于所述掺铒光纤，用于滤光并扫描输出波长，所述光纤F
‑
P滤波器连接于精密电源模块，所述精密电源模块接入电脑控制系统，电脑控制系统可控制精密电源模块加在光纤F
‑
P滤波器的电压，实现对光纤F
‑
P滤波器输出波长的控制；采用时分复用和波分复用技术，通过一个1
×
N的光开关和N个密集波分复用器，将传感通道数量拓展为2N个传感通道；每个密集波分复用器对应两个传感点，这两个传感点选择传感待测物质吸收最强的位置从而增强传感的灵敏度；通过一个1
×
N光纤合束器将密集波分复用器的所有公共端口合路，然后将所述光纤合束器接入一个10：90输出耦合器，所述10：90输出耦合器的10％端口和90％端口分别连接到光谱分析仪和滤波型波分复用器，分别向光谱分析仪和滤波型波分复用器输出激光和反馈光；根据待测物质最强两个吸收峰对应波长选取密集波分复用器，使其中一个吸收峰波长位于所选取的密集波分复用器的中心波长范围内，另一个吸收峰波长位于所选取的密集波分复用器的中心波长范围之外，通过精密电源模块控制F
‑
P滤波器的输出波长，使F
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P滤波器只扫描两个最强吸收峰附近的波长；每切换到光开关的一个端口便对连接该端口的密集波分复用器对应的两个吸收峰进行扫描，扫描结束后切换至光开关的下一端口。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，光开关的每一路端口分别与一个3dB耦合器相连，所述3dB耦合器作为分束器用于将光一分为二；每个3dB耦合器分出的两路光分别通过微结构光纤进入一个密集波分复用器的pass端和reflect端后从该密集波分复用器的com端输出。3.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述半导体激光器的光谱范围为980nm，功率范围0
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【专利技术属性】
技术研发人员：王光耀，孙建平，李婷，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：