CN102288579A - 一种基于HiBi-PM-FLM的折射率传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于高双折射偏振保持光纤环镜(High Birefringent Polarization Maintaining Fiber Loop Mirror，HB-PM-FLM)的折射率传感器，其特征在于：由入射光纤(1)、2×2的3-dB耦合器(2)、偏振控制器(3)、高双折射保偏光纤(4)、出射光纤(5)、连接光纤(6)和液体槽(7)组成；3-dB耦合器(2)一边的两个端口分别与入射光纤(1)的以及出射光纤(5)的相连接，3-dB耦合器(2)另两个端口分别与两段连接光纤(6)相连，两连接光纤(6)中间接一段高双折射保偏光纤(4)，其中一段连接光纤(6)上接一个偏振控制器(3)；3-dB耦合器(2)、两段连接光纤(6)和高双折射保偏光纤(4)构成光纤环镜；本发明灵敏度高、抗外界电磁干扰能力强，可以应用于各类实际工程中。
Description
技术领域
本发明提供了一种基于高双折射偏振保持光纤环镜(High Birefringent PolarizationMaintaining Fiber Loop Mirror，HiBi-PM-FLM)的折射率传感器，属于光纤传感技术领域。
背景技术
光纤环镜(FLM)广泛应用于光纤通信与传感系统中。在由同一光纤绕成的光纤圈中沿相反方向前进的两光波，在外界因素作用下产生不同的相移。其最典型的应用就是转动传感，即光纤陀螺。由于它没有活动器件，没有非线性效应和低转速时激光陀螺的闭锁区，因而非常有希望制成高性能低成本器件。通过干涉效应进行检测，就是sagnac干涉仪的基本原理。基于sagnac干涉仪的光纤传感器在长距离、小泄露管道检测定位上有其明显的优势，同时也可应用在光纤围栏报警系统中，具有简单高效、安装便捷、维护简单、成本较低等优点。
在传统的FLM中插入一段高双折射(HiBi，highly birefringent)保偏光纤构成HiBi-PM-FLM，用氢氟酸将包层完全腐蚀，然后将其浸泡在待测折射率液中，外界折射率变化改变了HiBi-FLM光程差，通过干涉效应，监测反射光谱波长漂移量可以实现折射率传感测量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于HiBi-PM-FLM的折射率传感器。该装置能够将待测液体折射率的变化量转化为探测信号的波长漂移量。具有结构简单、易于操作、灵敏度高等特点。
本发明通过以下技术方案实现：
一种基于HiBi-PM-FLM的折射率传感器，由入射光纤(1)、2×2的3-dB耦合器(2)、偏振控制器(3)、高双折射保偏光纤(4)、出射光纤(5)、连接光纤(6)和液体槽(7)组成；3-dB耦合器(2)一边的两个端口分别与入射光纤(1)的以及出射光纤(5)的相连接，3-dB耦合器(2)另两个端口分别与两段连接光纤(6)相连，两连接光纤(6)中间接一段高双折射保偏光纤(4)，其中一段连接光纤(6)上接一个偏振控制器(3)；3-dB耦合器(2)、两段连接光纤(6)和高双折射保偏光纤(4)构成光纤环镜。
所述的一种基于HiBi-PM-FLM的折射率传感器，其特征在于：入射光纤(1)、出射光纤(5)和连接光纤(6)可采用G.652、G.653或G.655单模光纤，入射光纤(1)和出射光纤(2)长度为20～40cm，连接光纤(6)长度为10～20cm。
所述的一种基于HiBi-PM-FLM的折射率传感器，其特征在于：高双折射保偏光纤(4)可为熊猫型、领结型和D型高双折射保偏光纤，长度为20～30cm。
所述的一种基于HiBi-PM-FLM的折射率传感器，其特征在于：偏振控制器(3)可采用型号为FPC030或FPC020高消光比偏振控制器。
所述的一种基于HiBi-PM-FLM的折射率传感器，其特征在于：液体槽(7)长为30～40cm，宽为1～2cm，高为1～2cm。
本发明的工作原理是：入射光由3-dB耦合器(2)分为两个反向传输的光信号，由偏振控制器(3)控制光信号偏振态，两束光经过HiBi-PMF后产生相位延迟：
δ＝2πΔngL/λ
其中Δng为群速度折射率差，L为HiBi-PMF长度，λ为入射光波长。当两束光通过整个FLM后重新回到3-dB耦合器(2)并发生干涉，出射光呈明暗相间的干涉条纹。用氢氟酸将包层大部分腐蚀，然后将其浸泡在盛有待测折射率液的液体槽(7)中，外界折射率变化改变了HiBi-FLM光程差.会使干涉条纹发生改变，监测反射光谱波长漂移量可以实现折射率传感测量。
本发明的有益效果是：该传感器利用Sagnac环的结构设计，通过腐蚀包层使光纤纤芯与外界媒介接触，利用倏逝场的变化，实现折射率的测量，结构简单，操作方便。
附图说明
图1是本发明的基于HiBi-PM-FLM折射率传感器示意图；
图2是本发明的不同折射率下反射光谱实验图；
具体实施方式
下面结合附图及实施实例对本发明作进一步描述：
参见附图1，一种基于HiBi-PM-FLM的折射率传感器，由入射光纤(1)、2×2的3-dB耦合器(2)、偏振控制器(3)、高双折射保偏光纤(4)、出射光纤(5)、连接光纤(6)和液体槽(7)组成。本发明中3-dB耦合器(2)一边的两个端口分别与入射光纤(1)的以及出射光纤(5)的相连接，3-dB耦合器(2)另两个端口分别与两段连接光纤(6)相连，两连接光纤(6)中间接一段高双折射保偏光纤(4)，其中一段连接光纤(6)上接一个偏振控制器(3)。3-dB耦合器(2)、两段连接光纤(6)和高双折射保偏光纤(4)构成光纤环镜。
高双折射保偏光纤(4)采用熊猫型高双折射保偏光纤，长度为25cm，融接在其两端的连接光纤(6)为普通G.652单模光纤，长度为15cm。入射光纤(1)与出射光纤(5)均采用普通G.652单模光纤，长度均为30cm。偏振控制器(3)采用型号为FPC020高消光比偏振控制器。将环镜中的高双折射保偏光纤(4)在浓度为40％的氢氟酸水溶液中浸泡30分钟，使其包层大部份被腐蚀，以便将腐蚀后的保偏光纤浸泡在盛有待测折射率液的液体槽(7)中时，在纤芯中传输光的倏逝场能与外界媒质接触。图(2)为不同外界媒质下所测得的光谱图，通过监测干涉光谱的漂移，实现外界液体折射率的测量。
Claims (5)
1.一种基于HiBi-PM-FLM的折射率传感器，其特征为：由入射光纤(1)、2×2的3-dB耦合器(2)、偏振控制器(3)、高双折射保偏光纤(4)、出射光纤(5)、连接光纤(6)和液体槽(7)组成；本发明中3-dB耦合器(2)一边的两个端口分别与入射光纤(1)的以及出射光纤(5)的相连接，3-dB耦合器(2)另两个端口分别与两段连接光纤(6)相连，两连接光纤(6)中间接一段高双折射保偏光纤(4)，其中一段连接光纤(6)上接一个偏振控制器(3)；3-dB耦合器(2)、两段连接光纤(6)和高双折射保偏光纤(4)构成光纤环镜。
2.根据权利要求1所述的一种基于HiBi-PM-FLM的折射率传感器，其特征在于：入射光纤(1)、出射光纤(5)和连接光纤(6)可采用G.652、G.653和G.655单模光纤，入射光纤(1)和出射光纤(2)长度为20～40cm，连接光纤(6)长度为10～20cm。
3.根据权利要求1所述的一种基于HiBi-PM-FLM的折射率传感器，其特征在于：高双折射保偏光纤(4)可为熊猫型、领结型或D型高双折射保偏光纤，长度为20～30cm。
4.根据权利要求1所述的一种基于HiBi-PM-FLM的折射率传感器，其特征在于：偏振控制器(3)可采用型号为FPC030或FPC020的高消光比偏振控制器。
5.根据权利要求1所述的一种基于HiBi-PM-FLM的折射率传感器，其特征在于：液体槽(7)长为30～40cm，宽为1～2cm，高为1～2cm。
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