CN103344277A - 一种可同时检测双参量的法珀传感器及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可同时检测双参量的法珀传感器及其检测装置。所述法珀传感器由三段光纤依次熔接而成，第一段光纤是单模光纤，第二段光纤是光子晶体光纤，第三段光纤是单模光纤，依次熔接好三段光纤后，通过微加工方法在两个熔接处形成两个不同长度的法珀腔；光子晶体光纤的长度大于500微米，两个法珀腔的长度分别为40～100微米，二者长度相差10～20微米。基于上述法珀传感器的检测装置，还包括第一耦合器、第二耦合器、第一宽带光源、第二宽带光源和光谱仪。本发明克服了现有光子晶体光纤与单模光纤通常熔接存在损耗的缺陷；具有同时检测双参量的特点。另外，还具有微型化、轻量化、易于集成和完全程序化操作的优点。

Description

一种可同时检测双参量的法珀传感器及检测装置

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种可同时检测双参量的法珀传感器及检测装置。

背景技术

近年来，随着人们对光纤传感器研究的发展，光纤传感呈现微型化、轻量化、低能耗、高耐恶劣环境能力的趋势。光纤传感器以其体积小、抗电磁干扰、可用于恶劣环境等突出优点在航天、船舶、大坝、环境监测、化工生物等领域应用广泛。

光子晶体光纤又叫微结构光纤，作为一种新型的导光介质，由于其微结构而具有很多优良特性，为解决很多传感方面的难题提供了契机，从而成为光纤传感领域备受关注的研究热点。

法珀腔（F-P腔）作为光纤传感器家族的一员，可以通过飞秒激光、准分子激光、等离子束刻蚀等方法在光纤上刻蚀得到，它具有抗干扰能力强、本质安全、可测量量多、测量动态范围大、测量精度高、可远程测量等优点，已成为技术最为成熟、应用最为广泛的光纤传感器之一。

由于光子晶体光纤必须与单模光纤熔接使用，而光子晶体光纤与单模光纤熔接存在一定的损耗，这对探测灵敏度存在影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可同时检测双参量的法珀传感器及检测装置，能够克服光子晶体光纤与单模光纤熔接存在的损耗，并且能够实现一次性同时检测两个物理量。

为解决上述技术问题，本发明提供一种可同时检测双参量的法珀传感器，由三段光纤依次熔接而成，第一段光纤是单模光纤，第二段光纤是光子晶体光纤，第三段光纤是单模光纤，依次熔接好三段光纤后，通过微加工方法在两个熔接处形成两个不同长度的法珀腔；所述光子晶体光纤的长度大于500微米，所述两个法珀腔的长度分别为40～100微米，二者长度相差10～20微米。

进一步，所述的微加工方法为飞秒激光加工、准分子激光加工、等微米离子束刻蚀等方法。

本发明同时提供一种基于上述可同时检测双参量的法珀传感器的检测装置，包括所述可同时检测双参量的法珀传感器、第一耦合器、第二耦合器、第一宽带光源、第二宽带光源和光谱仪，所述第一、第二宽带光源分别连接第一、第二耦合器，所述第一、第二两个耦合器分别连接所述光谱仪，所述两个耦合器还分别连接所述法珀传感器两端。

本发明的有益效果是：本发明的法珀传感器在光子晶体光纤两端与单模光纤熔接处制作成了两个不同长度的法珀腔，这一方面客服了现有光子晶体光纤与单模光纤通常熔接存在损耗的缺陷；同时，形成的两个不同长度的法珀腔，使法珀传感器具有同时检测双参量的特点。

另外本发明还具有微型化、轻量化、易于集成和完全程序化操作的优点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。

图1为本发明所述基于光子晶体光纤微加工的法珀传感器机构示意图。

图2为本发明所述基于光子晶体光纤微加工的法珀传感器的检测装置结构图。

图中：1、第一单模光纤；2、光子晶体光纤；3、第二单模光纤；4、第一法珀腔；5、第二法珀腔；6、第一宽带光源；7、光谱仪；8、第二宽带光源；9、第一耦合器；10、第二耦合器；11、法珀传感器。

具体实施方式

如图1所示，本实施例中，一种基于光子晶体光纤微加工的法珀传感器，所述传感器由第一单模光纤1、光子晶体光纤2和第二单模光纤3熔接依次熔接，熔接后通过飞秒激光加工、准分子激光加工、或等离子束刻蚀等方法在熔接处加工出两个腔长不同的法珀腔。其中，光子晶体光纤2的长度大于500微米，防止两个法珀腔之间产生串扰。第一、第二两个法珀腔的长度分别为40～100微米，二者长度相差10～20微米。

图2所示为采用本发明的基于光子晶体光纤微加工的法珀传感器的测量装置，它包括第一宽带光源6、光谱仪7、第二宽带光源8、第一耦合器9、第二耦合器10、法珀传感器11；其中第一宽带光源6和第二宽带光源8分别连接到第一耦合器9和第二耦合器10的一端，同时第一耦合器9和第二耦合器10各自的另一端连接到法珀传感器11的两端，最后第一耦合器9和第二耦合器10连接到光谱仪7。

其工作过程是：第一宽带光源6和第二宽带光源8输出一定带宽及波长范围的激光，分别接入第一耦合器9和第二耦合器10，两束激光经由一耦合器9和第二耦合器10分别接入法珀传感器11两端，并分别在两个微型腔形成反射干涉后进入第一耦合器9和第二耦合器10，最后输出到光谱仪7进行数据采集并分析。

由于法珀传感器11中第一法珀腔4和第二法珀腔5在外界两个不同物理量如折射率、应力变化作用下分别发生不同光程差的改变，从而使得干涉峰波长分别发生Δλ₁和Δλ₂漂移，将Δλ₁和Δλ₁带入已测得两个法珀腔关于折射率、应力的响应系数矩阵 $\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\κ}}_{1\mathrm{RI}}& {\mathrm{\κ}}_{1\mathrm{\ϵ}}\\ {\mathrm{\κ}}_{2\mathrm{RI}}& {\mathrm{\κ}}_{2\mathrm{\θ}}\end{array}\right]$ 中，通过下式 $\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ\λ}}_1\\ {\mathrm{\Δ\λ}}_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\κ}}_{1\mathrm{RI}}& {\mathrm{\κ}}_{1\mathrm{\ϵ}}\\ {\mathrm{\κ}}_{2\mathrm{RI}}& {\mathrm{\κ}}_{2\mathrm{\θ}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δn}\\ \mathrm{\Δ\ϵ}\end{array}\right]=K_{\mathrm{RI},\mathrm{\ϵ}}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δn}\\ \mathrm{\Δ\ϵ}\end{array}\right]$ 计算获得折射率、应力的变化。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种可同时检测双参量的法珀传感器，其特征在于，由三段光纤依次熔接而成，第一段光纤是单模光纤，第二段光纤是光子晶体光纤，第三段光纤是单模光纤，依次熔接好三段光纤后，通过微加工方法在两个熔接处形成两个不同长度的法珀腔；所述光子晶体光纤的长度大于500微米，所述两个法珀腔的长度分别为40～100微米，二者长度相差10～20微米。

2.根据权利要求1所述的可同时检测双参量的法珀传感器，其特征在于，所述的微加工方法为飞秒激光加工、准分子激光加工、等微米离子束刻蚀方法中的一种。

3.一种基于所述可同时检测双参量的法珀传感器的检测装置，其特征在于，包括所述可同时检测双参量的法珀传感器、第一耦合器、第二耦合器、第一宽带光源、第二宽带光源和光谱仪，所述第一、第二宽带光源分别连接第一、第二耦合器，所述第一、第二两个耦合器分别连接所述光谱仪，所述两个耦合器还分别连接所述法珀传感器两端。

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