第五章 Ｓ 頻段的光纖感測與多點感測
5.1 利用 S 頻段迴路型雷射的架構進行感測
由於 S 頻段的光放大器的技術已趨成熟，因此我們將偵測的範圍向下 延伸到 S 頻段，藉著利用 S 頻段的光放大模組。與傳統使用寬頻光源的 感測系統相比，使用迴路型雷射架構的系統的光學訊號可以更大，改對系 統的噪訊比可以明顯的提升。
在這小節中，我們提出一個基於 S 頻段的迴路型雷射架構的 FBGs 感 測系統，系統中的數個布拉格光纖光柵感測器主要是作為一個回授的裝 置。藉著調整共振腔內的濾波器可以使得在 FBGs 感測器的波長產生雷 射。若是感測器受到外力時，由產生雷射的波長會有偏移量，藉此來回推 外力的大小。
5.1.1 實驗架構
實驗的架構是由一個 S 頻段的光放大模組，一個 FFP-TP，一個 2 2×
的光耦合器和 4 條不同中心波長的 FBGs（圖 5.1）。FBG
50 : 50 1 到 FBG4
各個的中心波長為：1511.39 nm，1513.42 nm，1515.69 nm及 1517.37 nm；
個別的反射率為：91.8％，93.1％，95.9％及 82.9％。FFP-TF為一個全頻段 的元件，其可調的波長範圍非常的廣，FSR 為 45 nm。當在其外部的 PZT 施加適當的偏壓時可使得 FFP-TP在迴路型共振腔內提供輸出想選擇的波 長。此外系統中由於 S 頻段掺鉺光纖內使用兩個光隔絕器（isolator），可 確保光為單向行進。系統中 4 條串接在一起的 FBGs 除了作為感測器外，
同時在整個雷射架構中也作為反射的介質，由於系統包含了一個 FFP-TL，
作為一個帶通濾波器（pass-band filter）可以使得輸出的雷射波長與 FBGs 的波長一致。
5.1.2 結果與討論
當我們連續的調整加在 FFT-TP 的電壓，在光譜分析儀上可以分別看 到 4 個的波長輸出（圖 5.2）。當然其輸出的波長即為 FBGs 的波長。由圖 中可以看出輸出的功率並非相同，在長波長的地方輸出的功率較小，這是 因為輸出的功率決定於每條 FBGs 反射率以及放大器的增益頻譜。若是波 長落在兩個感測點之間，會因為無法將放大器的 ASE 在度反射回共振腔內 以至於在輸出僅可看到 ASE 的部份，沒有雷射的現象。S 頻段光放大器模
組的 ASE 落在 1478 至 1526 nm 之間，輸出的總功率大於 -40dBm（圖 5.3）。若是在 FFP-TP 和光放大器之間的光路上再加上一個光耦合器，則會 觀察到由 FBGs 反射回來的頻譜，與圖 5.1 相比會發現少了放大器的 ASE 部分，當然由於少了一次放大的結果，輸出的功率也會較小。
當在FBG 的兩端施力時，FBG的中心波長會往長波長的地方移動。這 個性質即可以被利用來做應力的量測。在本實驗中，若是施力使 FBG 的 波長位移時，我們將可以適當的調整加在 FFP-TF 的偏壓，使觀察到的訊 號得到最佳化，因此可以來追跡 FBGs 波長的位移量。若是施加不同的拉 力（0 － 2000 µε ）在 FBG2（λ2 =1513.42 nm），則可得到拉力對位移波長 的關係圖（圖 5.4）。當到達最大施力的時候，FBG 波長的位移量將可達到 約 2.2 nm。然而，溫度的變化亦會影響 FBG 波長的位移，但是在本實驗 的操作環境下，溫度的變化還不足以很明顯的影響到實驗的精確度。除了 拉力的測量外，還可以用來做光纖斷點（fiber-fault）的監控。若是斷點是 在 FBG2 與 FBG3 之間，則會由於缺少兩個反射鏡，使得 λ3 與 λ4 的波 長消失無法一個迴路，故可觀察到的只有前兩個波長（圖 5.5）。綜合以上，
若是有一外力拉斷了 FBG 感測器，於是可由頻譜上看到的雷射數目，來 判定是那兩條 FBGs 之間有斷點。
5.1.3 結論
在此我們使用迴路型雷射的架構提高光纖感測的能力，利用 FFP-TF
及各個 FBG 所組成的單向迴路使得訊號更明顯觀察。由頻譜上的分析可將 系統應用在拉力的量測，溫度的量測或是光纖網路的監控。