CN101464539A - 基于同轴光纤的马赫曾德干涉仪 - Google Patents

基于同轴光纤的马赫曾德干涉仪 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于同轴光纤的马赫曾德干涉仪。它包括单模输入光纤、第一同轴光纤、单模光纤、第二同轴光纤和单模输出光纤依次连接而构成，单模输入光纤和单模光纤分别与第一同轴光纤两端熔接构成光分束器，单模光纤和单模输出光纤分别与第二同轴光纤两段熔接构成光合波器，在单根光纤中实现马赫曾德干涉仪。本发明的基于同轴光纤的马赫曾德干涉仪，具有制造方法简单，使用方便、干涉传输特性易于控制、温度稳定性好，结构紧凑，易于与现有的光纤系统集成等优点，可应用于光纤通信器件和光纤传感器等领域的光纤光谱滤波器、光纤压力、折射率、温度传感器等等。

Description

基于同轴光纤的马赫曾德干涉仪
技术领域：
本发明涉及一种基于同轴光纤的马赫曾德干涉仪，属光纤技术领域。
背景技术：
光纤马赫曾德干涉仪在光纤通信、光纤传感领域具有非常广泛的应用，包括光纤滤波器、光纤调制器、光开关、光纤应力传感、光纤折射率传感等。常规的马赫曾德光纤干涉仪是利用一个光纤耦合器(2×2和1×2)作为分束器，将光信号分别输入到两个独立光纤干涉臂中传输，传输一段距离后，再利用一个光纤耦合器(2×2和2×1)作为合波器，使两个光束发生干涉，输出具有一光谱滤波特性的光信号。这种普通的光纤马赫曾德干涉仪已经有相当多的文献报道，例如：Yi-Ping Wang，Jian-Ping Chen，Xin-Wan Li，Jian-Xun Hong，Xiao-HongZhang，Jun-He Zhou，and Ai-Lun Ye.Appl ied Physics Letters，2004，85(21)：5102-5103；Anatoli A.Chtcherbakov，Pieter L.Swart，and Stephanus J.Spammer.Applied Optics，1998，37(16)：3432-3437等。但是这种光纤马赫曾德干涉仪的不足之处在于制备过程中很难对干涉臂长差进行精确控制，从而不易对干涉输出光信号的滤波特性进行控制。此外，这种结构在应用过程中，温度的稳定性较差，易于受外界的影响。
发明内容：
本发明的目的在于克服上述普通光纤马赫曾德干涉技术的不足，公开一种基于同轴光纤的马赫曾德干涉仪，它具有制造工艺简单、单根光纤集成、操作使用方便、温度稳定性高等优点。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种基于同轴光纤的马赫曾德干涉仪，包括单模输入光纤、第一同轴光纤、单模光纤、第二同轴光纤和单模输出光纤依次连接，其特征在于所述单模输入光纤和所述单模光纤分别于所述第一同轴光纤两端通过光纤熔接机熔接而构成纤芯模和环形波导包层模耦合光分束器；所述单模光纤和所述单模输出光纤分别与所述第二同轴光纤两端通过光纤熔接机熔接而构成纤芯模和包层模耦合光合波器。
上述第一同轴光纤和所述第二同轴光纤为双包层结构光纤，或者为三包层结构光纤。
上述纤芯模和包层模在所述单模光纤中传输的相位延迟由所述单模光纤接入长度控制。
本发明的工作原理：
根据耦合模理论，光在两个靠近的光波导中传输，当所传输的模式满足相位匹配条件时，光波可以通过渐逝波模式耦合实现在两个波导之间交换能量。同轴光纤的纤芯和环形波导包层之间存在一个尺寸较薄的内包层，因此，符合上述模式耦合的技术要求，即可以实现纤芯模和环形波导包层模之间的耦合。本发明利用同轴光纤耦合器分别作为光波的分束器和合波器，结合普通单模光纤构成马赫曾德干涉仪。该马赫曾德干涉仪的工作过程为：光信号从单模输入光纤耦合到第一同轴光纤的纤芯传输，之后通过渐逝波将部分光波耦合至包层环形波导中传输，当传输至单模光纤时，单模光纤3的纤芯模和包层模分别被激发并传输，当单模光纤结构没有任何扰动时，纤芯模和包层模可以相互独立的稳定传输，待其传输至第二同轴光纤时，第二同轴光纤的环形波导包层模和纤芯模分别被激发，之后在第二同轴光纤中发生耦合，包层模和纤芯模发生干涉，从而实现马赫曾德干涉仪。
与普通的马赫曾德干涉仪相比，本发明具有如下优点：
1.该马赫曾德干涉仪具有全光纤结构，同轴光纤与单模光纤具有相同的外径，且它们的折射率分布均具有轴对称结构，这样同轴光纤和单模光纤可以直接利用常规的熔接设备进行熔接，因此，具有制造方法简单，使用方便等优点；
2.由于将纤芯和包层分别作为马赫曾德的两个干涉臂，臂长差可以改变所接单模光纤的长度进行控制，因此，便于优化该干涉仪的传输特性；
3.由于两干涉臂为同一根光纤的纤芯和包层，因此外界温度对干涉臂的影响几乎无差异，提高了干涉仪的温度稳定性；
4.由于采用同轴光纤作为光分束器、合波器，而无需采用传统的体分光器、体合波器以及常规的光纤耦合器，因此，结构上更加紧凑，易于与现有的光纤系统集成。
附图说明：
图1为本发明基于同轴光纤的马赫曾德干涉仪实施例1结构示意图；
图2为本发明基于同轴光纤的马赫曾德干涉仪实施例2结构示意图；
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的具体实施进一步说明。
参见图1，基于同轴光纤的马赫曾德干涉仪，由五部分组成：单模输入光纤1、第一同轴光纤2、单模光纤3、第二同轴光纤4和单模输出光纤5，其中，第一同轴光纤2具有双包层结构，且纤芯6和包层7的折射率高于包层8的折射率，各段光纤可直接用熔接机进行熔接，形成熔接面9、熔接面10、熔接面11、熔接面12。宽带光信号13从单模输入光纤1输入，在纤芯14中传输，当传输至熔接面9时，光信号注入到第一同轴光纤2的纤芯6中传输。通过光纤渐逝波耦合作用，纤芯6中传输的部分信号光将通过包层8耦合至包层7中传输，即第一同轴光纤2实现了光分束器的作用，光分束比大小由第一同轴光纤2的接入长度进行控制。被分束后的信号光传输至熔接面10时，被注入到单模光纤3中，分别在单模光纤3的包层15和纤芯16中传输，这时包层15和纤芯16为马赫曾德干涉仪的两个干涉臂，干涉臂长差由所接入的单模光纤3的长度进行控制。当信号光传输至熔接面11时，又分别被注入到第二同轴光纤4的纤芯17和包层18中传输，在第二同轴光纤4中两部分信号光17和18又通过渐逝波耦合作用相互耦合，发生光的干涉，即第二同轴光纤4实现了光合波器的作用。光信号传输至熔接面12时，纤芯17中的干涉信号被注入到单模输出光纤5的纤芯19中传输，利用光谱测试设备可以测试马赫曾德干涉光谱。
参见图2，为本发明的实例2的结构示意图，本实例也是由五部分组成：单模输入光纤1、第一同轴光纤2、单模光纤3、第二同轴光纤4和单模输出光纤5，只是该实例中的第一同轴光纤2具有三包层结构，且纤芯6和包层7的折射率高于包层8及包层20的折射率。宽带光信号从单模输入光纤1输入，在纤芯14中传输，当传输至熔接面9时，光信号注入到第一同轴光纤2的纤芯6中传输。通过光纤渐逝波耦合作用，纤芯6中传输的部分信号光将通过包层8耦合至包层7中传输，即第一同轴光纤2实现了光分束器的作用，光分束比大小由第一同轴光纤2的接入长度进行控制。被分束后的信号光传输至熔接面10时，被注入到单模光纤3中，分别在单模光纤3的包层15和纤芯16中传输，这时包层15和纤芯16为马赫曾德干涉仪的两个干涉臂，干涉臂长差由所接入的单模光纤3的长度进行控制。当信号光传输至熔接面11时，又分别被注入到第二同轴光纤4的纤芯17和包层18中传输，在第二同轴光纤4中两部分信号光又通过渐逝波耦合作用相互耦合，发生光的干涉，即第二同轴光纤4实现了光合波器的作用。光信号传输至熔接面12时，纤芯17中的干涉信号被注入到单模输出光纤5的纤芯19中传输，利用光谱测试设备可以测试马赫曾德干涉光谱。从上述的实例说明中可以看出，该发明基于同轴光纤的马赫曾德干涉仪的制造方法非常简便，干涉仪的结构参数可由光纤的接入长度进行控制，由于干涉臂为同一光纤的纤芯和包层，因此，具有良好的温度稳定性。

Claims (4)

1.一种基于同轴光纤的马赫曾德干涉仪，包括单模输入光纤(1)、第一同轴光纤(2)、单模光纤(3)、第二同轴光纤(4)和单模输出光纤(5)依次连接，其特征在于所述单模输入光纤(1)和所述单模光纤(3)分别于所述第一同轴光纤(2)两端通过光纤熔接机熔接而构成纤芯模和环形波导包层模耦合光分束器；所述单模光纤(3)和所述单模输出光纤(5)分别与所述第二同轴光纤(4)两端通过光纤熔接机熔接而构成纤芯模和包层模耦合光合波器。
2.根据权利要求1所述的基于同轴光纤的马赫曾德干涉仪，其特征在于所述同轴光纤(2)和所述第二同轴光纤(4)为双包层结构光纤，或者为三包层结构光纤。
3.根据权利要求1和2所述的基于同轴光纤的马赫曾德干涉仪，其特征在于所述纤芯模和环形波导包层模耦合光分束器及纤芯模和环形波导包层模耦合光合波器的分光比分别由第一同轴光纤(2)和所述第二同轴光纤(4)的接入长度控制。
4.根据权利要求1和2所述的基于同轴光纤的马赫曾德干涉仪，其特征在于所述纤芯模和包层模在所述单模光纤(3)中传输的相位延迟由所述单模光纤(3)接入长度控制。
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