一種分布式微結構光纖傳感器的製造方法

2023-11-04 03:38:52

一種分布式微結構光纖傳感器的製造方法
【專利摘要】一種分布式微結構光纖傳感器，主要解決現有光纖環境只能支持一個傳感探頭，只能測定一個外界變量等問題。它由ASE寬譜光源，光譜分析儀，入射光纖，接收光纖，50:50的2×2光纖耦合器A，50:50的2×2光纖耦合器B，幹涉臂A，幹涉臂B，出射光纖A，出射光纖B，折射率匹配液，光開關，若干段保偏光子晶體光纖以及與之相對應個數的銀反射鏡系統。本發明實現了在不同時間片選擇不同通道的傳感探頭，而不同的傳感探頭可以利用光子晶體光纖測量不同的物理參數，實現了多參數測量的功能。
【專利說明】一種分布式微結構光纖傳感器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種分布式微結構光纖傳感器,屬於光纖傳感【技術領域】。
【背景技術】
[0002]光纖環鏡由於其結構簡單，體積較小，靈敏度高，一直是近幾年來被廣泛研究的傳感結構。在普通單模光纖環鏡的最初設計中，是採用單模光纖連接2X2單模光纖耦合器兩個輸出埠，構成一個光纖環。單模光纖在非擠壓、彎曲、扭轉的情況下，雙折射效應可以忽略。因此，若不考慮單模光纖的雙折射效應，並忽略諸如外界法拉第效應或陀螺旋轉效應的影響，當使用分光比為K=0.5的3dB單模光纖耦合器時，這個理想的光纖環鏡起到了 「全反射鏡」的作用，因此被稱為「光纖環鏡」。但是，任何單模光纖都不可能是完美的圓對稱，即不可能沒有雙折射效應的存在。後來人們在單模光纖環鏡中熔接一段高雙折射光纖，開始利用雙折射效應，基於光譜幹涉現象來進行對外界物理量的檢測，這種結構的優越性越來越突出，基於此結構的傳感器也越來越多。但瑕疵依然存在，即單純的光纖環鏡的輸出結果受擠壓、彎曲、以及扭轉等外界情況影響非常嚴重，甚至會導致輸入的結果不正確，所以，這種結構實用性還遠遠不足。
[0003]長尾式光纖環鏡是一種基於單模光纖環一長尾式高雙折射的新型光纖環鏡結構，由於其能夠將傳感器探頭與光纖環鏡部分獨立開來，使光纖環鏡傳感結構在實際使用中更加方便，特別適合於長距離的參數測量。
[0004]長尾式光纖環鏡的優勢非常明顯，在提出以後就得到了迅速發展，但是目前這種結構只能支持一個傳感探頭。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是為了實現一個傳感環鏡單元能夠同時測量多個外界變量，提供了一種分布式微結構光纖傳感器，它的光開關能夠實現對右側的多個傳感探頭分時切換，以便達到同時測量若干個傳感量的目的。
[0006]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0007]—種分布式微結構光纖傳感器，包括ASE寬譜光源，光譜分析儀，入射光纖，接收光纖，50:50的2 X 2光纖耦合器A，50:50的2 X 2光纖耦合器B，幹涉臂A，幹涉臂B，出射光纖A，出射光纖B，折射率匹配液，光開關，若干段保偏光子晶體光纖以及與之相對應個數的銀反射鏡系統。
[0008]所述ASE寬譜光源與入射光纖連接，光譜分析儀與接收光纖連接，50:50的2 X 2光纖耦合器A—端的兩個埠分別與入射光纖、接收光纖連接，另一端的兩個埠分別與幹涉臂A、幹涉臂B連接，50:50的2 X 2光纖耦合器B—端的兩個埠分別與幹涉臂A、幹涉臂B連接，另一端的兩個埠分別與出射光纖A、出射光纖B連接，出射光纖A伸入折射率匹配液中，出射光纖B與光開關連接，上述所有連接方式採用法蘭連接。
[0009]所述若干段保偏光子晶體光纖一端與光開關之間通過單模光纖連接，另一端與之相對應個數的銀反射鏡系統連接，銀反射鏡系統直接黏貼到保偏光子晶體光纖端面。
[0010]所述入射光纖、接收光纖、50:50的2X2光纖稱合器A、50:50的2X2光纖稱合器B、幹涉臂A、幹涉臂B、出射光纖A及出射光纖B均為單模光纖，均可採用G.652、G.653或G.655單模光纖；入射光纖和接收光纖長度為20-40cm ;幹涉臂A、幹涉臂B組成了一個光纖環鏡，長度為10-20cm，出射光纖A和出射光纖B的長度為20-40cm。
[0011 ] 所述ASE寬譜光源發出的光經過50:50的2 X 2光纖耦合器A分別進入幹涉臂A順時針傳輸和幹涉臂B逆時針傳輸，即光路路徑分別為7 — 10 — 8和8 — 10 — 7。
[0012]所述50:50的2 X 2光纖耦合器A與50:50的2 X 2光纖耦合器B的工作波段取決於ASE寬譜光源的輸出光譜範圍，保偏光子晶體光纖的雙折射係數為3.0X 10_3-5.0X 10_4。
[0013]本發明的工作原理是:ASE寬譜光源發出的光經過3dB耦合器A分別進入幹涉臂A順時針傳輸和幹涉臂B逆時針傳輸，到50:50的2X2光纖耦合器B時又會分別進入出射光纖A和出射光纖B，出射光纖A伸入折射率匹配液中，光被匹配液全部吸收，不會有光強返回，而出射光纖B的單模光纖連接了一個光開關，光開關後面又分別熔接了若干段保偏光子晶體光纖，保偏光子晶體光纖末端粘有一個銀反射鏡系統，能夠將光按原路返回，光線兩次經過保偏光子晶體光纖並經過50:50的2 X 2光纖耦合器B將再次分為兩路延幹涉臂A和幹涉臂B傳輸。最終所有光路的光將在50:50的2X2光纖耦合器A處發生幹涉。在到達光譜分析儀的光波中，只有繞光纖環鏡傳輸一圈的兩束光波，即光路路徑分別為7—10 — 8和8 — 10 — 7的兩束光波才能由於高雙折射光纖的作用產生周期分布的幹涉輸出光譜，另外兩束光波由於光程差較大而使相應的幹涉輸出光譜無法在光譜分析儀上顯示，僅能顯示平均光強。由於僅有一半的光產生周期分布的輸出光譜，且由於存在平均光強，輸出光譜輸出率最小值不為0，因此輸出光譜的最大強度及強度範圍均有所減小，但輸出光譜的整體周期分布基本不變。
[0014]本發明的有益效果是:分布式微結構光纖傳感器作為一種分布式微結構參數測量結構。光開關作為時分復用開關器件，實現了在不同時間片選擇不同通道的傳感探頭，使系統能夠採集相應時間段的探頭傳感量，而不同的傳感探頭可以利用光子晶體光纖測量不同的物理參數，比如壓力、位移、溫度、頻率等等，實現了多參數測量的功能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖及【具體實施方式】對本發明作進一步詳細描述。
[0017]參見附圖1，一種分布式微結構光纖傳感器，包括ASE寬譜光源I，光譜分析儀2，入射光纖3，接收光纖4，50:50的2 X 2光纖耦合器A5，50:50的2 X 2光纖耦合器B6，幹涉臂A7,幹涉臂B8,出射光纖A9,出射光纖B10,折射率匹配液11,光開關12,若干段保偏光子晶體光纖13以及與之相對應個數的銀反射鏡系統14。
[0018]所述ASE寬譜光源I與入射光纖3連接，光譜分析儀2與接收光纖4連接，50:50的2X2光纖耦合器A5 —端的兩個埠分別與入射光纖3、接收光纖4連接，另一端的兩個埠分別與幹涉臂A7、幹涉臂B8連接，50:50的2 X 2光纖耦合器B6 —端的兩個埠分別與幹涉臂A7、幹涉臂B8連接，另一端的兩個埠分別與出射光纖A9、出射光纖B10連接，出射光纖A9伸入折射率匹配液11中，出射光纖BlO與光開關12連接，上述所有連接方式採用法蘭連接。
[0019]所述若干段保偏光子晶體光纖13 —端與光開關12之間通過單模光纖連接，另一端與之相對應個數的銀反射鏡系統14連接，銀反射鏡系統14直接黏貼到保偏光子晶體光纖13端面。
[0020]所述入射光纖3、接收光纖4、50:50的2X2光纖稱合器A5、50:50的2X2光纖稱合器B6、幹涉臂A7、幹涉臂B8、出射光纖A9及出射光纖BlO均為單模光纖，均可採用G.652、G.653或G.655單模光纖；入射光纖I和接收光纖2長度為20-40cm ;幹涉臂A7、幹涉臂B8組成了一個光纖環鏡，長度為10_20cm,出射光纖A9和出射光纖BlO的長度為20_40cm。
[0021]所述ASE寬譜光源I發出的光經過50:50的2X2光纖耦合器A5分別進入幹涉臂A7順時針傳輸和幹涉臂B8逆時針傳輸，即光路路徑分別為7 — 10 — 8和8 — 10 — 7。
[0022]所述50:50的2X2光纖耦合器A5與50:50的2X2光纖耦合器B6的工作波段取決於ASE寬譜光源I的輸出光譜範圍，保偏光子晶體光纖13的雙折射係數為3.0Χ10_3-5.0X10—4。
【權利要求】
1.一種分布式微結構光纖傳感器，包括ASE寬譜光源，光譜分析儀，入射光纖，接收光纖,50:50的2X2光纖稱合器A,其特徵在於:上述一種分布式微結構光纖傳感器還包括50:50的2 X 2光纖耦合器B，幹涉臂A，幹涉臂B，出射光纖A，出射光纖B，折射率匹配液，光開關，若干段保偏光子晶體光纖以及與之相對應個數的銀反射鏡系統；所述ASE寬譜光源與入射光纖連接，光譜分析儀與接收光纖連接，50:50的2 X 2光纖耦合器A —端的兩個接口分別與入射光纖、接收光纖連接，另一端的兩個接口分別與幹涉臂A、幹涉臂B連接，50:50的2 X 2光纖耦合器B—端的兩個接口分別與幹涉臂A、幹涉臂B連接，另一端的兩個接口分別與出射光纖A、出射光纖B連接，出射光纖A伸入折射率匹配液中，出射光纖B與光開關連接，上述所有連接方式採用法蘭連接； 所述若干段保偏光子晶體光纖一端與光開關之間通過單模光纖連接，另一端與之相對應個數的銀反射鏡系統連接，銀反射鏡系統直接黏貼到保偏光子晶體光纖端面。
2.如權利要求1所述的一種分布式微結構光纖傳感器，其特徵在於:所述入射光纖、接收光纖、50:50的2 X 2光纖耦合器A、50:50的2 X 2光纖耦合器B、幹涉臂A、幹涉臂B、出射光纖A及出射光纖B均為單模光纖，均可米用G.652、G.653或G.655單模光纖；入射光纖和接收光纖長度為20-40cm;幹涉臂A、幹涉臂B組成了一個光纖環鏡，長度分別為10-20cm，出射光纖A和出射光纖B的長度為20-40cm。 所述ASE寬譜光源發出的光經過50:50的2 X 2光纖耦合器A分別進入幹涉臂A順時針傳輸和幹涉臂B逆時針傳輸，即光路路徑分別為7 — 10 — 8和8 — 10 — 7。
3.如權利要求1所述的一種分布式微結構光纖傳感器，其特徵在於:所述50:50的2X2光纖稱合器A與50:50的2X2光纖稱合器B的工作波段取決於ASE寬譜光源的輸出光譜範圍，保偏光子晶體光纖的雙折射係數為3.0X 10_3-5.0X 10_4。
【文檔編號】G01D5/353GK103808341SQ201410038463
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年1月26日 優先權日:2014年1月26日
【發明者】高朋 申請人:瀋陽師範大學