CN100470280C - 纤维集成式马赫曾德干涉仪及其制造方法 - Google Patents

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本发明公开了一种集成于一根光纤中的马赫曾德干涉仪及其制造方法，它是由两边各一段单芯光纤和中间一段双芯光纤熔接拉锥后形成的，它包括单模单芯输入光纤1、分光锥形耦合区2、单模双芯光纤3、合光锥形耦合区4和单模单芯输出光纤5，单模单芯输入光纤1、单模单芯输出光纤5和单模双芯光纤3通过分光锥形耦合区2和合光锥形耦合区4连接。本发明优点在于：具有极大的稳定性，避免了各个可动部件之间由于装配、固定和调整带来的变化和不一致；缩小了干涉仪的体积，使得系统更简化紧凑；由于处于双芯光纤中的两干涉臂的光程差很小，因而对光源的相干性要求不高；能够实现两臂光程的自动补偿。

Description

纤维集成式马赫曾德干涉仪及其制造方法
(一)技术领域
本发明涉及一种集成为单根光纤的马赫曾德(Mach-Zehnder)干涉仪及其制造方法，属于光纤技术领域。
(二)背景技术
通常的光纤马赫曾德干涉仪是由两个各自独立而分离的光纤干涉臂构成的。例如，T.R.伯顿，C.V.克里安，S.达里奥提斯，M.C.曼蒂，D.W.斯托的发明专利申请“应用小型弯曲的光纤马赫——策恩德干涉仪”(于2001年1月10日授权，公开号：CN1279395A)。在这种干涉仪中，光源发出的光经过一个3dB 2×2光纤耦合器后，被分为两束，分别耦合到两个独立的光纤臂中，再经过另一个3dB 2×2光纤耦合器后，在光纤耦合器中实现干涉，该干涉光信号通过光电转换探测器后被转换成电信号并被放大，从而实现干涉光信号的探测。
上述干涉仪被广泛用于光纤通信和光纤传感领域中。然而，在对干涉仪有较高的机械稳定性和温度稳定性要求的情况下，由分立式光学结构组成的光纤马赫曾德干涉仪很难满足这样的需求。
(三)发明内容
本发明的目的是公开一种具有极大的温度稳定性，对光源的相干性要求不高，同时能够实现两臂光程的自动补偿的纤维集成式马赫曾德干涉仪。
本发明的产品结构为：它是由两边各一段单芯光纤和中间一段双芯光纤熔接拉锥后形成的，它包括单模单芯输入光纤1、分光锥形耦合区2、单模双芯光纤3、合光锥形耦合区4和单模单芯输出光纤5，单模单芯输入光纤1、单模单芯输出光纤5和单模双芯光纤3通过分光锥形耦合区2和合光锥形耦合区4连接，在分光锥形耦合区2和合光锥形耦合区4加装有石英套管7。
本发明的另一个目的是公开一种操作过程简单合理、可以实现本发明产品的纤维集成式马赫曾德干涉仪的制造方法。
本发明的具体制造方法是：
1、取两段普通标准单模单芯光纤和一段单模双芯光纤，单模双芯光纤的长度为所制作的纤维集成式马赫曾德干涉仪两个干涉臂的长度；
2、将该单模双芯光纤的两端与普通标准单模光纤进行直接融接，并在单芯单模光纤与单模双芯光纤焊点处加热实施熔融拉锥；
3、两个光纤熔融拉锥部分在停止拉伸后对锥体耦合区进行封装保护。
所述的实施单模单芯输入光纤1与单模双芯光纤3融接拉锥过程中，光源置于单模单芯输入光纤1的一侧，在单模双芯光纤3的一侧则采用短焦透镜和CCD光探测器的组合来实现双芯光纤在CCD探测面上的成像，实现对双芯光纤的两个纤芯光功率进行监测；当锥体腰部拉细到CCD光检测器检测到光源通过单模单芯光纤传输的光可以通过锥体并将其预定要求比例分配到单模双芯光纤的两个光纤芯时停止拉伸；
所述的实施单模双芯光纤3与单模单芯输出光纤5进行焊接并进行熔融拉锥过程中，光源置于单模单芯输入光纤1一侧，单模单芯输出光纤5输出的光信号直接由光功率计进行监测，在单模双芯光纤3与单模单芯输出光纤5的焊点处实施拉锥过程中，将光纤锥体腰部拉细直到光功率计所探测到的光信号不再增大为止。
所述的封装保护包括在分光锥形耦合区2和合光锥形耦合区4外侧安装有起封装保护用的石英套管。
本发明将通常的光纤马赫曾德干涉仪的两个相干光学臂集成于单根光纤中，其主要技术特征就在于该光纤干涉仪的光源输入和光信号输出共光路部分和两个干涉臂都集成在一根光纤中。本发明是这样实现的：结合图2，光源6发出的光注入单模单芯输入光纤1中，该光束在经过锥形分光耦合区2后被分成两束，分别耦合到单模双芯光纤3的两个各自独立的纤芯中。这两束光经过合光锥形耦合区4后发生干涉，汇合到由单模单芯输出光纤5中，成为一束包含干涉信号的光，该光束经在光探测器8进行光电信号转换。本发明中当锥体腰部拉细到CCD光检测器检测到光源通过单模单芯光纤传输的光可以通过锥体并将其预定要求比例分配到单模双芯光纤的两个光纤芯时停止拉伸，其中预定要求比例可以为所要求的任意比例，比如均匀分配时可以为1∶1的比例等。
与通常的光纤马赫曾德干涉仪相比较，本发明的优点在于：
1.集成为一根光纤的干涉仪具有极大的稳定性，避免了各个可动部件之间由于装配、固定和调整带来的变化和不一致；
2.由于将分光、合光器微缩集成于一根光纤中，极大的缩小了干涉仪的体积，使得系统更简化紧凑；
3.由于处于双芯光纤中的两个干涉臂的光程差很小，因而对光源的相干性要求不高；
4.两个干涉臂由于处于同一根光纤中，环境温度导致的影响近似相同，因而能够实现两臂光程的自动补偿。
(四)附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为单根光纤的马赫曾德干涉仪使用过程中的实际结构示意图；
图3为本发明在实施过程中，分光光锥耦合拉伸时光功率分配情况监测的过程示意图；
图4为本发明在实施过程中，合光光锥耦合拉伸时光的透射总功率监测的过程示意图；
图5为本发明实施例的结构示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图给出本发明的具体实施例：
结合图1，本实施例包括单模单芯输入光纤1、分光锥形耦合区2、单模双芯光纤3、合光锥形耦合区4和单模单芯输出光纤5，单模单芯输入光纤1、单模单芯输出光纤5和单模双芯光纤3通过分光锥形耦合区2和合光锥形耦合区4连接。
结合图3，在实施纤维集成式马赫曾德干涉仪的过程中，首先要通过单模单芯光纤1与一段单模双芯光纤3的连接构造出光波的单光路和双光路，然后通过在焊点处实施拉锥来实现单光路到双光路的耦合与分光。在实施单模单芯输入光纤1与单模双芯光纤3融接拉锥过程中，光源6置于单模单芯输入光纤1一侧，在单模双芯光纤3的一侧则采用短焦透镜9和CCD光探测器10的组合来实现双芯光纤在CCD探测面上的成像，进而实现对双芯光纤的两个纤芯光功率进行监测。当锥体腰部拉细到CCD光检测器10检测到光源通过单模单芯光纤传输的光可以通过锥体并将其均匀分配到双芯光纤的两个光纤芯时停止拉伸，本实施例采用1∶1的比例。
结合图4，在实施单模双芯光纤3与单模单芯输出光纤5进行焊接并进行熔融拉锥过程中，光源6置于单模单芯输入光纤1一侧，单模单芯输出光纤5输出的光信号直接由光功率计11进行监测，当单模双芯光纤3与单模单芯输出光纤5的焊点处进行拉锥，将光纤锥体腰部拉细直到光功率计11所探测到的光信号不再增大为止。
结合图5，在完成上述的焊接与拉锥耦合步骤后，需要对锥体耦合加装石英套管7，进行封装保护，就形成了两个相干光学臂集成于单根光纤中的纤维微缩集成型马赫曾德干涉仪。
由上述具体实施过程可以看出，本发明避免了各个可动部件之间由于装配、固定和调整带来的变化和不一致；缩小了干涉仪的体积，使得系统更简化紧凑；对光源的相干性要求不高；能够实现温度导致两个干涉臂光程变化的自动补偿。

Claims (3)

1、一种纤维集成式马赫曾德干涉仪，其特征在于它是由两边各一段单芯光纤和中间一段双芯光纤熔接拉锥后形成的，它包括单模单芯输入光纤(1)、分光锥形耦合区(2)、单模双芯光纤(3)、合光锥形耦合区(4)和单模单芯输出光纤(5)，其中单模单芯输入光纤(1)、单模单芯输出光纤(5)和单模双芯光纤(3)通过分光锥形耦合区(2)和合光锥形耦合区(4)连接，在分光锥形耦合区(2)和合光锥形耦合区(4)加装有石英套管(7)。
2、一种纤维集成式马赫曾德干涉仪的制造方法，包括：
取两段普通标准单模单芯光纤和一段单模双芯光纤，单模双芯光纤的长度为所制作的纤维集成式马赫曾德干涉仪两个干涉臂的长度；
将该单模双芯光纤的两端与普通标准单模光纤进行直接融接，并在单芯单模光纤与单模双芯光纤焊点处加热实施熔融拉锥；
两个光纤熔融拉锥部分在停止拉伸后对锥体耦合区进行封装保护；
其特征是：
所述的实施单模单芯输入光纤(1)与单模双芯光纤(3)融接拉锥过程中，光源置于单模单芯输入光纤(1)的一侧，在单模双芯光纤(3)的一侧则采用短焦透镜和CCD光探测器的组合来实现双芯光纤在CCD探测面上的成像，实现对双芯光纤的两个纤芯光功率进行监测；当锥体腰部拉细到CCD光检测器检测到光源通过单模单芯光纤传输的光可以通过锥体并将其预定要求比例分配到双芯光纤的两个光纤芯时停止拉伸；
所述的实施单模双芯光纤(3)与单模单芯输出光纤(5)进行焊接并进行熔融拉锥过程中，光源置于单模单芯输入光纤(1)一侧，单模单芯输出光纤(5)输出的光信号直接由光功率计进行监测，在单模双芯光纤(3)与单模单芯输出光纤(5)的焊点处实施拉锥过程中，将光纤锥体腰部拉细直到光功率计所探测到的光信号不再增大为止。
3、根据权利要求2所述的纤维集成式马赫曾德干涉仪的制造方法，其特征在于所述的封装保护包括在分光锥形耦合区(2)和合光锥形耦合区(4)外侧安装有起封装保护用的石英套管。
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