CN103900621A

CN103900621A - 可调fp腔的fp干涉仪的制作方法及制作装置

Info

Publication number: CN103900621A
Application number: CN201410127074.1A
Authority: CN
Inventors: 王义平; 刘申; 廖常锐
Original assignee: Shenzhen University
Current assignee: Shenzhen University
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: CN103900621B

Abstract

本发明涉及光纤应用技术领域，尤其涉及一种可调FP腔的FP干涉仪的制作方法及制作装置。所述制作方法包括如下步骤：将两光纤的待熔接端面涂抹液体并进行熔接，使涂抹的液体在熔接过程中气化并在熔接后的光纤中形成气泡，初步形成FP干涉仪；所述气泡即为FP腔；通过实时调节所述气泡沿光纤轴向的腔长实现对所述FP干涉仪参数的调节，直到所述FP干涉仪满足设定的参数要求。与现有技术相比，采用本发明所提供的技术方案只需利用普通的商用光纤熔接机即可制作出FP干涉仪，制作的方法简单、易于操作，装置成本较低，而且制作出的FP干涉仪可灵活调节FP腔的腔长，从而实现对制作的FP干涉仪参数的调节。

Description

可调FP腔的FP干涉仪的制作方法及制作装置

技术领域

本发明涉及光纤应用技术领域，尤其涉及一种可调FP腔的FP干涉仪的制作方法及制作装置。

背景技术

FP干涉仪（法布里珀罗干涉仪）在众多领域具有广泛应用，比如生物医学监测、建筑结构监测等。随着FP干涉仪应用领域的日渐扩展，其制作方法也出现了多种方式，其中基于光纤形成的FP干涉仪就有机械连接腔、化学腐蚀、飞秒或离子束微加工以及在光纤末端镀高反射薄膜等多种制作方法。

然而众多制作方法也存在一定弊端，一般而言，这些制作方法都具有制作装置昂贵或制作方法复杂等。比如，采用在光纤末端镀高反射薄膜的方法需要复杂的镀膜设备，机械连接腔需要采用高精密机械连接可调谐FP干涉设备、飞秒微加工的方式需要价格昂贵的飞秒激光器等，化学腐蚀的方法一般利用氢氟酸对光纤进行腐蚀，在光纤内部形成FP腔，但制作过程中利用的氢氟酸具有剧毒，对操作者具有严重伤害。除此之外，上述众多制作方法所制作的FP干涉仪一般不能灵活调节干涉仪的干涉对比度及自由谱宽等参数。

发明内容

针对以上利用传统技术制作FP干涉仪的过程中存在的问题，本发明提供了一种可调FP腔的FP干涉仪的制作方法及制作装置，利用液体受热气化在光纤内部形成一个气泡腔作为所形成的FP干涉仪的FP腔，制作装置实时监测FP干涉仪的参数，并通过调节气泡沿光纤轴向的腔长使所形成的FP干涉仪满足设定的参数要求。本发明是这样实现的：

一种可调FP腔的FP干涉仪的制作方法，包括如下步骤：

将两光纤的待熔接端面涂抹液体并进行熔接，使涂抹的液体在熔接过程中气化并在熔接后的光纤中形成气泡，初步形成FP干涉仪；所述气泡即为FP腔；

通过实时调节所述气泡沿光纤轴向的腔长实现对所述FP干涉仪参数的调节，直到所述FP干涉仪满足设定的参数要求。

进一步地，所述熔接包括如下步骤：

将两光纤的待熔接端面接触，并将两光纤的纤芯对准；

驱动两光纤对接触面施加挤压应力，并对处于挤压状态的接触面加热，使两光纤的待熔接端面熔接。

进一步地，所述气泡沿光纤轴向的腔长通过驱动两光纤对所述气泡施加沿光纤轴向的挤压或拉伸应力，然后对所述气泡进行加热以释放所述挤压或拉伸应力的方式进行调节。

进一步地，将两光纤的待熔接端面涂抹液体前，还包括如下步骤：

将两光纤的待熔接端面热熔成弧面。

进一步地，将两光纤的待熔接端面热熔成弧面之前，还包括如下步骤：

将两光纤的待熔接端面切平。

进一步地，所述两光纤通过电极放电热熔或C0₂激光热熔的方式进行熔接。

一种基于上述任意一种可调FP腔的FP干涉仪的制作方法的制作装置，包括：

光纤熔接机、3dB耦合器、光谱仪、激光光源；

所述3dB耦合器的两输入端分别连接所述激光光源与光谱仪，两输出端中的一端用于连接两待熔接光纤之一，另一端被屏蔽；

所述光纤熔接机设置有两步进马达，用于定位两待熔接光纤在所述光纤熔接机中的位置。

进一步地，所述光纤熔接机通过电极放电热熔或C0₂激光热熔的方式对两待熔接光纤进行熔接。

进一步地，所述另一端被放入溶液或绕成圈。

与现有技术相比，采用本发明所提供的技术方案只需利用普通的商用光纤熔接机即可制作出FP干涉仪，制作的方法简单易于操作，装置成本较低，而且制作出的FP干涉仪可灵活调节FP腔的腔长，从而实现对制作的FP干涉仪参数的调节。

附图说明

图1：本发明实施例提供的可调FP腔的FP干涉仪的制作装置结构示意图；

图2：采用上述装置制作可调FP腔的FP干涉仪的方法流程示意图；

图3：上述流程中，两光纤待熔接端面被切平的示意图；

图4:上述流程中，两光纤待熔接端面被热熔成弧面示意图；

图5：上述流程中，两光纤被热熔成弧面的端面上涂抹液体的示意图；

图6：上述流程中，两涂抹液体后的待熔接端面的熔接示意图；

图7:上述流程中，两涂抹液体后的待熔接端面熔接后在光纤形成的气泡示意图；

图8：上述流程中，通过挤压气泡的方式调节气泡沿光纤轴向腔长的示意图；

图9：上述流程中，通过拉伸气泡的方式调节气泡沿光纤轴向腔长的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种制作可调谐光纤内腔的FP干涉仪的装置，该装置包括光纤熔接机1、光谱仪4、激光光源3、3dB耦合器2，制作FP干涉仪所需材料包括待熔接的两光纤以及液体。制作FP干涉仪的总体流程如图2所示。结合图2，对制作FP干涉仪的各步骤分别描述如下：

步骤1，如图3所示，将两光纤的待熔接端面切平，并将待熔接端面放入光纤熔接机1中。同时，将3dB耦合器2的两输入端连接激光光源3及光谱仪4，两输出端口中的一端连接两待熔接光纤之一，另一端屏蔽。屏蔽3dB耦合器2的另一输出端的目的是为避免引入反射信号干扰后续的光纤熔接及对所形成的FP干涉仪参数的调节，因此可将另一端放入溶液5中或绕成小圈。

步骤2，如图4所示，通过设置在光纤熔接机1上的两步进马达控制两待熔接端面距离光纤熔接机1中的加热中心的距离，然后设置热熔参数对两待熔接端面进行加热，使两待熔接端面被热熔成弧面6。热熔可采用电极放电热熔或C0₂激光热熔的方式。弧面6的尺寸可影响后续形成的气泡大小，通过调节热熔参数可控制形成的弧面6的尺寸。若采用电极放电，则热熔参数为放电功率与放电时间，若采用C0₂激光热熔，则热熔参数为激光功率与加热时间。

步骤3、如图5所示，在被热熔成弧面的两待熔接端面上涂抹液体7。当两光纤的待熔接端面被热熔成弧面6后，将两光纤取出，并在两光纤的弧面6上涂抹液体7，然后再放入光纤熔接机1中。

步骤4、如图5箭头所示，将两光纤的两待熔接端面正对，然后通过两步进马达将涂抹了液体7的两待熔接端面向中间移动，使两待熔接端面接触，并将接触面置于光纤熔接机1的加热中心处，然后设置热熔参数对两待熔接端面进行熔接（如图6所示）。在熔接过程中所涂抹的液体7汽化而在熔接后的光纤中形成气泡8（如图7所示）。此时初步形成FP腔，所形成的气泡8即为FP干涉仪的FP腔。

步骤5、通过实时调节所述气泡沿光纤轴向的腔长实现对所述FP干涉仪参数的调节，直到所述FP干涉仪满足设定的参数要求。首先介绍该步骤所依据的原理：

定义干涉信号光强度为

其中，λ为入射光波长，n为FP腔内介质折射率，L为FP腔沿光纤轴向的腔长，ψ0为FP腔干涉初始相位。由余弦函数可知，当两束反射光束干涉相位满足

的条件时，I=0，同时，可得出光谱中自由谱宽的表达式为：

由此可知，FP腔沿光纤轴向的腔长将影响干涉信号的干涉对比度及自由谱宽，因此，可通过调节FP腔（气泡8）的沿光纤轴向的腔长实现对FP干涉仪参数的调节。

调节气泡8沿光纤轴向的腔长的步骤如下：

将气泡8移动到光纤熔接机1的加热中心处，并在热熔状态下，通过两步进马达将气泡8两端的光纤沿光纤轴向向中间挤压（如图8箭头所示）或向两端拉伸（如图9箭头所示），从而对气泡8产生挤压应力或拉伸应力，在此过程中对气泡8进行加热，释放气泡8所受到的应力，从而调节气泡8沿光纤轴向的腔长。为提高对FP干涉仪参数调节的精度，通过步进马达设置光纤每次的挤压位移量或拉伸位移量为2um，多次重复挤压或拉伸气泡8两端的光纤，并在挤压或拉伸光纤的过程中多次重复对气泡8部位进行加热。在调节气泡8沿光纤轴向的腔长的过程中，通过光谱仪4实时监测所形成的FP干涉仪的参数，直到所形成的FP干涉仪满足设定的参数要求。

采用本方法制作的FP干涉仪可应用于如下技术领域：

（1）、基于FP干涉仪的FP滤波器：通过调节FP腔沿光纤轴向的腔长可实现对FP干涉仪参数的灵活调节，比如干涉对比度及自由谱宽，该FP干涉仪可用于加工干涉对比度较高的FP滤波器。

（2）、高灵敏度应变传感器：当气泡8受到其两端光纤的挤压或拉伸时，一定程度的挤压距离或拉伸距离会导致气泡8沿光纤轴向的腔长发生相应程度的变化，进而导致FP干涉仪参数发生相应变化，通过监测FP干涉仪的参数变化情况即可检测气泡8两端光纤的挤压距离或拉伸距离。因此，将该FP干涉仪固定于被测物体表面可检测物体表面产生的微应变。

（3）、通过多次拉伸或挤压气泡8两端的光纤，同时，对气泡8部位进行加热可将气泡8的气泡壁变薄，从而对气压或压力反应敏感，可制成高灵敏度的气压或压力传感器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种可调FP腔的FP干涉仪的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的可调FP腔的FP干涉仪的制作方法，其特征在于，所述熔接包括如下步骤：

将两光纤的待熔接端面接触，并将两光纤的纤芯对准；

3.如权利要求1所述的可调FP腔的FP干涉仪的制作方法，其特征在于，所述气泡沿光纤轴向的腔长通过驱动两光纤对所述气泡施加沿光纤轴向的挤压或拉伸应力，然后对所述气泡进行加热以释放所述挤压或拉伸应力的方式进行调节。

4.如权利要求1所述的可调FP腔的FP干涉仪的制作方法，其特征在于，将两光纤的待熔接端面涂抹液体前，还包括如下步骤：

将两光纤的待熔接端面热熔成弧面。

5.如权利要求4所述的可调FP腔的FP干涉仪的制作方法，其特征在于，将两光纤的待熔接端面热熔成弧面之前，还包括如下步骤：

将两光纤的待熔接端面切平。

6.如权利要求1所述的可调FP腔的FP干涉仪的制作方法，其特征在于，所述两光纤通过电极放电热熔或C0₂激光热熔的方式进行熔接。

7.一种基于权利要求1至6中任一权利要求所述的可调FP腔的FP干涉仪的制作方法的制作装置，其特征在于，包括：

光纤熔接机、3dB耦合器、光谱仪、激光光源；

8.如权利要求6所述的可调FP腔的FP干涉仪的制作方法的制作装置，其特征在于，所述光纤熔接机通过电极放电热熔或C0₂激光热熔的方式对两待熔接光纤进行熔接。

9.如权利要求7所述的可调FP腔的FP干涉仪的制作方法的制作装置，其特征在于，所述另一端被放入溶液或绕成圈。