啁啾光栅解调的FBG传感阵列系统研究

　　1引言

　　随着Bragg光纤光栅制备工艺日趋成熟，由多个光纤光栅组成分布式阵列传感系统可以实现多点信号检测[]〕。解调方面一直是分布式FBG传感器的难点，国内外学者提出了多种光纤光栅信号解调方法，例如:匹配FRG可调滤波检测法，它虽具有较高分辨率，但系统信噪比较低;可调窄带光源检测法，其光栅复用个数和测量范围很有限，且价格比较高;可调法布里-拍罗(F-P)滤波器法虽具有较宽的调谐范围，但系统的响应频率与外加扫描电压频率有关。为了提高系统的测量精度时，就必须减小可调谐滤波器的步长，这样就增加了系统的响应时间。为了解决分布式Bragg光栅传感阵列高速调制解调问题，本文提出负载波相位调制技术和啁啾光纤光栅相结合的方法，将波长变化转变为相位变化，实现分布式FBG传感系统实时测量。

　　2系统结构及惆啾光栅解调原理

　　2. 1系统结构

　　基于啁啾光栅解调的分布式FBG传感系统如图1所示，由宽带光源发出的光波，经光强调制器调制后，通过藕合分束器进人测量探头，反射信号经环行器由EDFA光纤放大器进行放大，被放大的强度调制信号进人啁啾光栅，产生与其中心波长相对应的相位延迟。再由第2个环形器将啁啾光栅反射回的光信号送人光电探测器，实现光电转换。由相位探测器比较探测到信号的相位与参考信号的相位，将传感光栅的波长变化转化为相位的变化。经低频滤波后由计算机实现光学波长编码和测量信号分析处理。

　　2. 2啁啾光栅解调原理

　　若解调用光栅为线性叨啾光栅，对于波长为入的光，谐振发生在光栅中Zo (入)点处。

　　式中:入B为对应于光栅周期A。的布拉格波长，C为一无量纲调啾参数。根据式(1}可以得到啁啾光栅的时延特性近似表达式为:

　由于线性惆啾光栅具有良好的时延特性，其时延函数t(入)是关于波长的函数.当光载波由频率为fRF的信号调制，用啁啾光栅作延时线时，产生的相移为:

　　利用不同波长的光波在啁啾光栅中传播的距离不同，产生的相移不同，通过选用宽带惆啾光栅，就可实现多路传感波长实时解调目的。

　　3实验结果及结论

　　实验中采用线性叨嗽光栅的光栅长度为L= lcm,　啁啾系数为C=10 X 10^-5，有效折射率为n_eff=1.45,入B=1550nm，其反射谱如图2所示。调啾光栅的时延特性如图3所示，由图3可见啁啾光栅时延特性的基本变化趋势是趋近于线性的。

　　利用不同波长的光波在啁啾光栅中传播的距离不同，产生的相移不同，通过选用不同波长范围的叨啾光栅，就可实现多路传感波长快速解调目的。这种解调方法采用的是全光纤结构，无需机械部件调谐，适用于解调速度要求较高的场合，具有结构简单、性能价格比高的优点.