CN101846491B - 双F-P腔与Michelson组合干涉仪 - Google Patents

双F-P腔与Michelson组合干涉仪 Download PDF

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Abstract

本发明提供的是一种双F-P腔与Michelson组合干涉仪。由两个光纤F-P干涉仪和一个光纤Michelson干涉仪组合而成；Michelson干涉仪由单芯保偏光纤和双芯保偏光纤耦合而成；双芯保偏光纤是中心为空气孔，两个对称且部分悬挂于空气孔中、部分嵌入包层中的纤芯构成的熔嵌式双芯保偏光纤；熔嵌式双芯保偏光纤的两个纤芯上刻写Bragg光纤光栅对构成F-P腔；F-P干涉仪的入射端光纤光栅构成Michelson干涉仪反射端。本发明在两个干涉臂构造两个F-P干涉仪，在同一根保偏光纤中形成了双F-P干涉仪和Michelson干涉仪的组合式干涉仪。具有制造工艺简单、单根光纤集成、灵敏度高、保偏特性好、温度稳定性高等优点。

Description

双F-P腔与Michelson组合干涉仪
技术领域
本发明涉及的是一种组合式光纤干涉仪，属于光纤技术领域。
背景技术
光纤Michelson干涉仪在光纤通信、光纤传感等领域具有非常广泛的应用。普通的光纤Michelson干涉仪是利用一个3dB光纤耦合器将半导体激光器发出的光分成强度相等的两束，分别进入到两个独立的光纤干涉臂中传输，在两个独立的光纤臂两端直接镀上反射膜以实现传统分立元件Michelson干涉仪中两反射镜的功能，光在两臂传输一段距离后，由端面反射回来的光再经耦合器汇合，形成干涉，由探测器进行检测。专利US4767210和US 5206924提出了Michelson干涉仪的各种改善及复用结构。由于光纤两个反射臂中的光传导特性可以受到温度、压力等外在条件的影响，所以，光纤Michelson干涉仪可以实现光纤应变、温度等物理量的测量。该干涉仪是利用两个相互独立的光传输通道，用于实现光程调谐与匹配。由于它不存在共光路结构，极易受到环境因素(诸如温度和振动)的影响，导致两光路的光程产生不一致的变化，使传感器信号的解调产生影响，降低了干涉仪的信号解调灵敏度，使测量的精度下降，即Michelson干涉仪的测量灵敏度不够。
在所有干涉仪中，F-P干涉仪由于经由多次反射反复叠加后可以形成精细度很高的反射谱或透射谱，因此能够获得相当高的探测灵敏度。对于光纤F-P干涉仪(US 5682237)，它是在光纤内制造出两个反射端面，从而形成一个微腔。当相干光束沿光纤入射到此微腔时，光在微腔的两端面反射后沿原路返回、并相遇而产生干涉。当外界参量以一定方式作用于此微腔，使其相位差发生变化，导致其干涉输出反射光强也发生相应变化，进而实现传感测量。由于腔内的介质是光纤本身，因此损耗小，腔长可以做的很大，从几厘米到几米，在光纤中，也可以通过在纤芯中同时写入两个反射谱相同的光纤光栅，从而构成光纤F-P干涉仪。国内饶云江等人提出过多种结构光纤F-P干涉仪及其制作方法(CN101055196，CN101034007)，也涉及到其波分频分复用系统(CN1694387)。
上述两种干涉仪通常集成度不够高，王廷云等(中国专利CN 101458363A)提出一种基于同轴光纤的Michelson干涉仪、饶云江等(中国专利CN 101614601A)也利用外径不同，纤芯直径相同的两根单模光纤组成光纤内集成式微型Michelson干涉仪；苑立波等(中国专利CN 1908577A)则提出了一种单根光纤Michelson干涉仪，上述干涉仪集成度大大提高，但测量灵敏度并没有得到改善，偏振态的随机变化导致干涉信号的不稳定问题也没有解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制造工艺简单、单根光纤集成、灵敏度高、保偏特性好、温度稳定性高的双F-P腔与Michelson组合干涉仪。
本发明的目的是这样实现的：
由两个光纤F-P干涉仪和一个光纤Michelson干涉仪组合而成；所述Michelson干涉仪由单芯保偏光纤和双芯保偏光纤耦合而成；所述双芯保偏光纤是中心为空气孔，两个对称且部分悬挂于空气孔中、部分嵌入包层中的纤芯构成的熔嵌式双芯保偏光纤；熔嵌式双芯保偏光纤的两个纤芯上刻写Bragg光纤光栅对构成F-P腔；F-P干涉仪的入射端光纤光栅构成Michelson干涉仪反射端。
本发明还可以包括：
1、所述的熔嵌式双芯保偏光纤的两个纤芯呈椭圆形，两个纤芯具有相同的偏振主轴方向。
2、所述的两个光纤F-P干涉仪是由四个具有相同反射中心波长的两组Bragg光纤光栅对构成。
3、所述的两个光纤F-P干涉仪是由两个中心波长和带宽相同的双啁啾光纤光栅串联构成。
4、两个光纤F-P干涉仪的腔长相同。
5、两个光纤F-P干涉仪的腔长不相同。
6、Michelson干涉仪两臂长度不等，熔嵌式双芯保偏光纤纤芯进行铒元素掺杂。
7、两个光纤F-P干涉仪都是多个复用形式的F-P腔。
结合图7和图2来描述本发明的干涉仪工作原理：
光源25发出的光经微型分光镜26进入单芯保偏光纤4后，利用单芯光纤4和双芯光纤5熔合后形成的准锥形6实现传输光分束功能，一臂光经过光纤光栅对9和10构成的F-P腔7后，反射的干涉光从光纤光栅9左侧返回，类似的另一臂光经过与光纤光栅对9、10特性相同的光纤光栅对11和12构成的F-P腔8后，反射干涉光从光纤光栅11左侧返回，两束返回的相干光分别经过Michelson干涉仪两臂13、14后，经过锥形区6再次干涉，即Michelson干涉，干涉光经微型分光镜26后由检测器27接收。
本发明的优势在于：1.与传统的集成式Michelson干涉仪相比，因组合了F-P腔结构，其测量灵敏度大大提高；2.利用保偏光纤构成组合式干涉仪，可以解决传统干涉仪因偏振态随机变化引起的稳定性问题；3.本发明制作组合式干涉仪方法简单易行，使用方便，有利于传感器小型化，集成化；4.Michelson干涉仪两臂处于同一根光纤中，干涉仪的温度稳定性高。
附图说明
图1为本发明基于熔嵌芯式双芯保偏光纤截面图；
图2为本发明等臂双F-P腔和等臂Michelson干涉仪构成的组合式干涉仪；
图3为本发明啁啾Bragg光纤光栅构成的双F-P腔和Michelson干涉仪构成的组合式干涉仪；
图4为本发明不等臂双F-P腔和等臂Michelson干涉仪构成的组合式干涉仪；
图5为本发明等臂双F-P腔和不等臂Michelson干涉仪构成的组合式干涉仪；
图6为本发明复用式双F-P腔和等臂Michelson干涉仪构成的组合式干涉仪；
图7为本发明双F-P腔和Michelson干涉仪构成的组合式干涉仪原理说明图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
图1为本发明熔嵌芯式双芯保偏光纤截面图；两个纤芯1具有相同的偏振主轴方向，光纤中心为空气孔3，两个纤芯1对称的嵌在包层2内壁，每个纤芯1部分在包层中部分裸露在空气孔3中。
参见图2，为本发明的实施例1的结构示意图，利用单芯光纤4和双芯光纤5熔合后形成的准锥形6实现传输光分束功能，一臂光经过光纤光栅对9和10构成的F-P腔7后，反射干涉光从光纤光栅9左侧返回，类似的另一臂光经过与光纤光栅对9、10特性相同的光纤光栅对11和12构成的F-P腔8后，反射干涉光从光纤光栅11左侧返回，两束返回的相干光分别经过Michelson干涉仪相等的两臂13、14后，经过锥形区6再次干涉。其中两个F-P腔7、8具有相同的腔长，即等臂双F-P腔和等臂Michelson干涉仪构成的组合式干涉仪。单芯光纤4和双芯光纤5利用保偏光纤熔接机直接对接熔合完成耦合，或是对熔接后的光纤利用拉锥机在两光纤焊点处进行加热拉锥，在焊点处形成准锥形结构6来完成耦合。光纤光栅的反射率在1％-99％之间，所述的F-P腔中每对光纤光栅的反射率相同，不同的F-P腔可以有不同的反射率。光纤材料可以是石英也可以是塑料。
参见图3，为本发明的实施例2的结构示意图，在本实施例中，组合干涉仪的结构与实施例1相同，只是利用两个中心波长和带宽相同的双啁啾光纤光栅15、16和17、18代替光纤光栅对11、12和13、14，解决均匀Bragg光栅带宽太窄，在其带宽内只能观察到很少数量的条纹，该组合干涉仪带宽较宽，易于实现波分复用。
参见图4，为本发明的实施例3的结构示意图，在本实施例中，组合干涉仪的结构与实施例1相同，只是两个F-P腔7、8具有不同的腔长。
参见图5，为本发明的实施例4的结构示意图，在本实施例中，组合干涉仪的结构与实施例1相同，两个F-P腔7、8仍具有相同的腔长，不同的是Michelson干涉仪两臂13、14长度不等，双芯保偏光纤纤芯进行了铒元素掺杂，则F-P腔构成激光器，可以实现信号的加强与放大。
参见图6，为本发明的实施例5的结构示意图，在本实施例中，利用了多个复用形式的双F-P腔，光纤光栅9-12构成F-P腔7、8，光纤光栅21-24构成F-P腔19、20，要求光纤光栅组9-12和光纤光栅组21-24具有不同的反射中心波长，即可实现级联频分复用，此时所需光源应为宽带光源。

Claims (9)

1.一种双F-P腔与Michelson组合干涉仪，由两个光纤F-P干涉仪和一个光纤Michelson干涉仪组合而成；其特征是：所述Michelson干涉仪由单芯保偏光纤和双芯保偏光纤耦合而成；所述双芯保偏光纤是由包层，包层中心的空气孔，两个对称且部分悬挂于空气孔中、部分嵌入包层中的纤芯构成的熔嵌式双芯保偏光纤；熔嵌式双芯保偏光纤的两个纤芯上刻写Bragg光纤光栅对构成F-P腔；F-P干涉仪的入射端光纤光栅构成Michelson干涉仪反射端。
2.根据权利要求1所述的双F-P腔与Michelson组合干涉仪，其特征是：所述的熔嵌式双芯保偏光纤的两个纤芯呈椭圆形，两个纤芯具有相同的偏振主轴方向。
3.根据权利要求2所述的双F-P腔与Michelson组合干涉仪，其特征是：所述的两个光纤F-P干涉仪是由四个具有相同反射中心波长的两组Bragg光纤光栅对构成。
4.根据权利要求2所述的双F-P腔与Michelson组合干涉仪，其特征是：所述的两个光纤F-P干涉仪是由两个中心波长和带宽相同的双啁啾光纤光栅串联构成。
5.根据权利要求1-4任何一项所述的双F-P腔与Michelson组合干涉仪，其特征是：两个光纤F-P干涉仪的腔长相同。
6.根据权利要求1-4任何一项所述的双F-P腔与Michelson组合干涉仪，其特征是：两个光纤F-P干涉仪的腔长不相同。
7.根据权利要求5所述的双F-P腔与Michelson组合干涉仪，其特征是：Michelson干涉仪两臂长度不等，熔嵌式双芯保偏光纤纤芯进行铒元素掺杂。
8.根据权利要求6所述的双F-P腔与Michelson组合干涉仪，其特征是：Michelson干涉仪两臂长度不等，熔嵌式双芯保偏光纤纤芯进行铒元素掺杂。
9.根据权利要求1-4任何一项所述的双F-P腔与Michelson组合干涉仪，其特征是：两个光纤F-P干涉仪都是多个复用形式的F-P腔。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103868467A (zh) * 2014-03-31 2014-06-18 宁波良和路桥科技有限公司 一种消除温度影响的光纤应变传感器
CN103884364A (zh) * 2014-04-18 2014-06-25 天津理工大学 一种基于拉锥结构与球状结构级联的光纤干涉传感器
CN108917800B (zh) * 2018-06-21 2024-03-12 国家电网有限公司 无芯光纤混合传感器及实验系统
CN109655176B (zh) * 2019-01-25 2020-05-08 东北大学 一种基于空腔填充型微结构光纤干涉仪的高精度温度探头
CN109799015A (zh) * 2019-01-30 2019-05-24 中国劳动关系学院 基于悬芯光纤弱啁啾光栅的强度调制微应力传感器
CN109974759A (zh) * 2019-04-23 2019-07-05 中国计量大学 用飞秒激光诱导基于游标效应的光纤线内级联法布里-珀罗腔传感器
CN111609819B (zh) * 2020-04-10 2022-03-25 桂林电子科技大学 一种超光滑表面粗糙度测量系统
CN113970348B (zh) * 2021-09-28 2023-12-01 哈尔滨工程大学 一种基于级联f-p干涉仪的多参量光纤传感器
CN113959606B (zh) * 2021-10-20 2023-09-26 南京信息工程大学 一种基于级联增强游标效应的混合型横向压力传感器

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08261713A (ja) * 1995-03-22 1996-10-11 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 光導波路型変位センサ
US6961484B2 (en) * 2001-05-25 2005-11-01 Intel Corporation Apparatus and methods for stabilization and control of fiber devices and fiber devices including the same
AUPR702401A0 (en) * 2001-08-15 2001-09-06 Jds Uniphase Pty Ltd Method of turning in-fibre grating
CN100406841C (zh) * 2006-08-22 2008-07-30 哈尔滨工程大学 集成为单根光纤的迈克尔逊干涉仪
CN101458363B (zh) * 2009-01-04 2010-12-01 上海大学 基于同轴光纤的迈克尔逊干涉仪

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