CN103344608B - 非对称型高灵敏度双光纤环耦合m-z干涉仪折射率传感器 - Google Patents

非对称型高灵敏度双光纤环耦合m-z干涉仪折射率传感器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于双环结构的高灵敏度M-Z干涉仪，包括激光器、隔离器、衰减器、偏振控制器和第一耦合器，第一耦合器通过光纤与相位调制器连接，相位调制器通过光纤与第二耦合器连接，第一耦合器通过光纤和第一耦合区与第一微纳光纤环连接，第二微纳光纤环通过第二耦合区与第一微纳光纤环连接，第一微纳光纤环和第二微纳光纤环组成了双光纤环，双光纤环通过光纤与第二耦合器连接，第二耦合器通过光纤与探测器连接。本发明利用该结构进行非对称型高灵敏度双光纤环耦合M-Z干涉仪折射率传感，则在同样的条件下具有更高的灵敏度。同时，利用该结构可以减小安装设备所需空间，提高装置的稳定性。

Description

非对称型高灵敏度双光纤环耦合M-Z干涉仪折射率传感器
技术领域
本发明涉及的是一种高灵敏度的M-Z干涉仪，具体涉及一种非对称型高灵敏度双光纤环耦合M-Z干涉仪折射率传感器。
背景技术
微纳光纤环耦合的M-Z光纤干涉仪结构抗电磁干扰能力强，灵敏度高，体积小，易于集成，功耗低，且可以实现远程传感。因此在新药的开发和研制等生物制药方面，临床诊断等医疗保健方面，水环境和大气环境检验等环境监测方面，食品成品、食品添加剂、食品保鲜度或药物、残留物的分析与检验等食品安全方面，以及国土安全和战场防御等许多领域都具有非常好的发展前景。随着社会的发展，很多时候传统的M-Z干涉仪已经无法满足高精度的测量要求，我们提出了一种非对称型高灵敏度双光纤环耦合M-Z干涉仪结构，利用这种结构进行折射率传感时，灵敏度较传统M-Z干涉仪有大幅提高。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种非对称型高灵敏度双光纤环耦合M-Z干涉仪结构，可以用于高精度的折射率传感。
本发明的目的是这样实现的：一种基于双环结构的高灵敏度M-Z干涉仪，包括激光器、隔离器、衰减器、偏振控制器和第一耦合器，第一耦合器通过光纤与相位调制器连接，相位调制器通过光纤与第二耦合器连接，第一耦合器通过光纤和第一耦合区与第一微纳光纤环连接，第二微纳光纤环通过第二耦合区与第一微纳光纤环连接，第一微纳光纤环和第二微纳光纤环组成了双光纤环，双光纤环通过光纤与第二耦合器连接，第二耦合器通过光纤与探测器连接。
本发明还有这样一些技术特征：
所述的光纤为普通单模光纤Corning SMF-28。
所述的双光纤环中的第一微纳光纤环和第二微纳光纤环所使用的光纤长度要保证内外环同时谐振，后者的周长是前者周长的二倍且环直径在微米量级，以保证可以实现对生物分子的无标记探测。
所述的第一耦合器与第二耦合器的耦合系数均为0.707，可以通过改变第一耦合区和第二耦合区之间的光纤的距离来改变对应的耦合系数，耦合系数在0-1之间进行选取，但是要保证微纳光纤环处于反共振和微纳光纤环处于共振的状态。
所使用的光信号由1550nm的可调谐光纤激光器输出。
相位调制器的位相偏置值为π/2。
第二微纳光纤环是传感元，感知外界环境折射率的变化。
本发明利用该结构进行非对称型高灵敏度双光纤环耦合M-Z干涉仪折射率传感，则在同样的条件下具有更高的灵敏度。同时，利用该结构可以减小安装设备所需空间，提高装置的稳定性。
附图说明
图1为发明的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步阐明本发明的实质性特点和显著进步，但本发明的内容不仅仅只局限于下面的实施例：
实施例1
如图1所示，一种非对称型高灵敏度双光纤环耦合M-Z干涉仪结构，与传统干涉仪相比，引入了双光纤环结构和相位调制器，是本发明的创新点。由激光器1发出的光经隔离器2、衰减器3、偏振控制器4、第一耦合器5后分为两束，上路经过双光纤环结构后与经过相位调制器10的下路光共同经过第二耦合器11输出到探测器12。其中的连接部分全部由光纤来完成。上路光通过第一耦合区6进入双光纤环结构，该结构由第一耦合区6、第一微纳光纤环8和第二微纳光纤环9及第二耦合区7组成。第一耦合区6的耦合系数由光纤和第一微纳光纤环8之间的距离决定，第二耦合区7的耦合系数由第一微纳光纤环8和第二微纳光纤环9之间的距离决定，选取适当的距离(即耦合系数)，那么双光纤环结构就可以产生强吸收窄带凹陷谱线。
其中光信号由1550nm的可调谐光纤激光器输出，第一耦合器5和第二耦合器11的耦合系数均为0.707。双光纤环结构由两个微纳光纤环和第一耦合区6和第二耦合区7组成，双光纤环中的第二微纳光纤环9的周长是第一微纳光纤环8的周长的两倍，这样既可以保证窄带凹陷谱线输出，也保证两个光纤环同时谐振。光纤型号为SMF-28，第一耦合区6和第二耦合区7的耦合系数在0-1之间进行选取，但是要保证第一微纳光纤环8处于反共振和第二微纳光纤环9处于共振的状态。参考臂上的相位调制器的位相偏置值为π/2。

Claims (6)

1.一种非对称型高灵敏度双光纤环耦合M-Z干涉仪折射率传感器，包括激光器(1)、隔离器(2)、衰减器(3)、偏振控制器(4)和第一耦合器(5)，第一耦合器(5)通过光纤与相位调制器(10)连接，相位调制器(10)通过光纤与第二耦合器(11)连接，第一耦合器(5)通过光纤和第一耦合区(6)与第一微纳光纤环(8)连接，第二微纳光纤环(9)通过第二耦合区(7)与第一微纳光纤环(8)连接，第一微纳光纤环(8)和第二微纳光纤环(9)组成了双光纤环，双光纤环通过光纤与第二耦合器(11)连接，第二耦合器(11)通过光纤与探测器(12)连接；其特征在于：所述的双光纤环中的第一微纳光纤环(8)和第二微纳光纤环(9)所使用的光纤长度要保证第一和第二微纳光纤环同时谐振，后者的周长是前者周长的二倍且环直径在微米量级，以保证实现对生物分子的无标记探测。
2.根据权利要求1所述的一种非对称型高灵敏度双光纤环耦合M-Z干涉仪折射率传感器，其特征在于：所述的第一耦合器(5)与第二耦合器(11)的耦合系数均为0.707，通过改变第一耦合区(6)和第二耦合区(7)之间的光纤的距离来改变对应的耦合系数，耦合系数在0-1之间进行选取，要保证第一微纳光纤环(8)处于反共振和第二微纳光纤环(9)处于共振的状态。
3.根据权利要求1所述的一种非对称型高灵敏度双光纤环耦合M-Z干涉仪折射率传感器，其特征在于：所使用的光信号由1550nm的可调谐光纤激光器输出。
4.根据权利要求1所述的一种非对称型高灵敏度双光纤环耦合M-Z干涉仪折射率传感器，其特征在于：相位调制器的位相偏置值为π/2。
5.根据权利要求1所述的一种非对称型高灵敏度双光纤环耦合M-Z干涉仪折射率传感器，其特征在于：第二微纳光纤环(9)是传感元，感知外界环境折射率的变化。
6.根据权利要求1所述的一种非对称型高灵敏度双光纤环耦合M-Z干涉仪折射率传感器，其特征在于：所述的光纤为普通单模光纤Corning SMF-28。
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