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详解单频光纤激光器技术应用

导读: 大家所熟悉的光纤传感一般指的布拉格光栅+ASE宽带光源结构的光时域反射机制,尽管在解调方面大多依赖国外产品,但这种解决方案还是得到了相对广泛的应用。

  大家所熟悉的光纤传感一般指的布拉格光栅+ASE宽带光源结构的光时域反射机制,尽管在解调方面大多依赖国外产品,但这种解决方案还是得到了相对广泛的应用,尤其是在桥梁、建筑物、马路和油罐等领域一般都可以满足中低端的民用需求。

  窄线宽单频光纤激光器的出现为我们打开了光纤传感的另一扇门,而且其应用价值和社会意义更为重大!不同于普通光纤传感应用,该解决方案是专门针对超远距离、超高精度和超高敏感度市场应用的,主要有:石油勘探、军事国防、管道监控、激光雷达和海底通信等等,是光纤传感技术发展之最新成就。

  本文所介绍的光纤传感技术起源于激光雷达的FMCW原理,采用相干探测进行检测,利用光纤本身进行直接传感,完全可以构建低成本的分布式传感网络,具有巨大的经济效益和现实意义。

  光纤传感

  受电信、半导体和消费电子行业的推动,光电技术和光纤技术在20世纪90年代取的了巨大成就。尽管这些行业在近几年遭受很多阻力而陷入低谷,但是其中很多先进技术却在其它行业比如光纤传感得到了全面发展,呈现出另一番蓬勃气象。光纤传感集成了在光纤技术、激光技术和光电探测等多领域所取得的巨大突破表现出极具活力和发展前途。同时,由于各相关光电子制造的成熟,它们的成本也大幅降低,大力推动了光纤传感的发展。

  与传统传感技术相比,基于光纤的传感器主要有如下几大优势:

  (1)重量轻、结构紧凑、易多路复用

  (2)抗恶劣环境、抗电磁干扰、抗化学腐蚀

  (3)在传感点无需用电、可以长距离分布式传感

  (4)可低成本大规模生产

  继光纤通讯后,光纤传感迎来了重要的发展契机,在安保、军事、石油/天然气、电力以及科学研究方面享有广泛而巨大的应用价值,尤其是在西方发达国家更有燎原之势,前途不可限量!

  单频光纤传感技术

  然而目前市场上尤其是在中国,布拉格光纤光栅(配备ASE宽带光源)和基于光时域反射的分布式传感器是应用最为广泛的光纤传感技术,该技术基本上可以满足中低端一般市场的需求而被业内人士所熟知。而现在介绍的光谱线宽窄至2kHz的单频光纤激光器,及其引申出来的最新一代光传感技术完全有别于我们现在所乐道的光纤传感。这种新的技术方案完全胜任电传感和一般光纤传感无法完成的高端市场对超远距离、超高精度和超高敏感的更高需求,而这在中国尚处于立项和预研阶段。

  采用单频光纤激光器做光传感,其光学原理就是光频时域反射,或称之为频率调制连续波技术(FMCW)。在该技术里,从众多传感头返回的信号光不再是被时间分割,而频率。在该全新的光纤传感系统里我们介绍的单频光纤激光器具有如下鲜明特点:

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