CN108918466A - 一种基于光纤线内分束器的多重迈克尔逊干涉仪 - Google Patents

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刘静
王兆坤
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Abstract

本发明提供了一种基于光纤线内分束器的多重迈克尔逊干涉仪，包括宽带光源，环形器，传感头，光谱分析仪。其中传感头由单模光纤制成，其特征在于：用飞秒激光在单模光纤里刻蚀，得到两条平行的穿过纤芯的光分束器，两个光分束器和光纤切割端面共形成三个反射面，每两个反射表面可以构成一个迈克尔逊干涉仪，因此总共可以形成三个迈克尔逊干涉仪。由环形器接收来自宽带光源的光并传输至传感头，传感头再将光返回至环形器，再经由环形器传输至光谱分析仪，形成迈克尔逊干涉仪。本发明具有结构紧凑、制造简单、机械强度高和成本低等优点，具有较高的折射率和温度灵敏度，可用于折射率和温度测量。

Description

一种基于光纤线内分束器的多重迈克尔逊干涉仪
技术领域
本发明提供了一种基于光纤线内分束器的多重迈克尔逊干涉仪，属于光纤传感技术领域。
背景技术
光纤传感技术是20世纪70年代伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，它以光波为载体、光纤为媒介、感知和传输外界被测量信号的新型传感技术，是许多经济、军事强国争相研究的高新技术，可广泛应用于国民经济的各个领域，在航天、航海、石油开采、医疗等众多领域都得到了广泛的应用。
1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作发明迈克尔逊干涉仪使得测量微小位移量和微振动变得简单。而由于光纤具有抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘性好、体积小等特点，人们将两者的优点结合在一起出现了光纤迈克尔逊干涉仪。光纤迈克尔逊干涉仪通常是通过叠加两束具有相同波长但具有相位差的光束来获得的，这是由于两束光的传播介质或长度的差异引起的。迈克尔逊干涉仪在测试折射率，温度和应变的光纤传感器中发挥了重要作用。
近来，有多种制作迈克尔逊干涉仪的方法，例如使用长周期光纤光栅，倾斜布拉格光纤光栅，双芯光纤，和由飞秒激光器制造的开放式空腔与倾斜狭缝等。然而，基于光栅的传感器需要复杂的制造技术。由于光被限制在芯内，对外部折射率变化不敏感，所以双芯光纤不能用于折射率测试。基于迈克尔逊干涉的倾斜狭缝的条纹对比度小，这意味着耦合到芯和包层的光的比例很弱。开放式空腔缺乏坚固性。更重要的是，上述所提的设备都只包含一个迈克尔逊干涉仪。
发明内容
本发明针对现有技术不足，提供一种基于光纤线内分束器的多重迈克尔逊干涉仪，本发明具有结构紧凑、制造简单、机械强度高和成本低等优点，可用于折射率和温度测量。
本发明解决技术问题所采取的技术方案为：一种基于光纤线内分束器的多重迈克尔逊干涉仪，包括宽带光源，环形器，传感头，光谱分析仪。其中传感头由单模光纤构成，其特征在于：用飞秒激光在单模光纤里刻蚀，得到两条平行的穿过纤芯的光分束器，光分束器和纤芯的夹角为45°，两个光分束器和光纤切割端面共形成三个反射面，每两个反射表面可以构成一个迈克尔逊干涉仪，因此总共可以形成三个迈克尔逊干涉仪。
所述的单模光纤的纤芯直径和光纤直径分别为8μm和125μm。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1、传感头选用价格低廉的普通单模光纤制备，具有成本低，制作简单的优点。
2、传感头为内置多个分束器结构，可构成多个迈克尔逊干涉仪的叠加。
3、传感头对温度和折射率都具有敏感性，且无交叉敏感性，可用于温度和折射率同时测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的实施应用系统示意图。
图2为本发明传感头示意图。
图中, 1.宽带光源，2.环形器，3. 传感头，4.光谱分析仪，5.单模光纤，5a. 单模光纤纤芯，5b. 单模光纤包层，6.光分束器。
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：
图1所示为本发明的实施应用系统示意图，包括宽带光源1、环形器2、传感头3、光谱分析仪4。其连接方式为：环形器2有三个接口端，分别为：光源进口端，光源出口端，反馈端。进口端与宽带光源1连接，出口端与传感头3连接，反馈端和光谱分析仪4相连接。
图2所示为本发明传感头3的结构示意图，所述的传感头3，由单模光纤5、第一个光分束器6和第二个光分束器7构成，单模光纤5包括单模光纤纤芯5a，单模光纤包层5b。
所述传感头的制作方法及步骤是：第一步：利用飞秒激光在单模光纤内刻蚀出穿过纤芯的第一个光分束器6，第一个光分束器和纤芯的夹角为45°；第二步：沿着纤芯的方向平移一段距离，刻蚀出平行与第一个光分束器6的第二个光分束器7，两个光分束器的形状与大小完全一致；第三步：在距离第二个光分束器7一段长度处将端面切平。在制作过程中，我们可以改变两个光分束器之间的距离，以及第二个光分束器与切割端面的距离来改变传感头的反射谱。其中飞秒激光刻蚀的能量为500nJ，扫描速度为10μm/s。
结合图1，2，介绍具体的工作原理：由宽带光源1发出的光经环形器2到达传感头3，该光束在3中首先到达第一分束器6时，光被分成两部分：一部分被反射到垂直于纤芯的方向，在包层里进行传输，当到达空气-包层的界面被反射回纤芯; 其余部分继续沿光纤纤芯传播并到达第二个光分束器7。 第二个光分束器7发生的情况与第一个光分束器6相同。唯一的区别是在光纤芯中传播的光在到达光纤切割端面时会被反射回来。 两个光纤内光分束器和光纤切割端面构成三个反射面。 由于来自空气-包层界面的反射光和光纤切割端面的反射光最终都返回到纤芯，每两个反射表面可以构成一个迈克尔逊干涉仪，因此总共可以形成三个迈克尔逊干涉仪。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应被理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于光纤线内分束器的多重迈克尔逊干涉仪，包括宽带光源，环形器，传感头，光谱分析仪，其连接方式为：环形器输入端连接宽带光源，环形器反馈端连接光谱分析仪，环形器输出端连接传感头，其特征在于：所述的传感头，是由飞秒激光在单模光纤里刻蚀，得到两条平行的穿过纤芯的光分束器构成的，光分束器和纤芯的夹角为45°，两个光分束器和光纤切割端面共形成三个反射面，每两个反射表面可以构成一个迈克尔逊干涉仪，因此总共可以形成三个迈克尔逊干涉仪。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤线内分束器的多重迈克尔逊干涉仪，其特征为：所述的单模光纤的纤芯直径和光纤直径分别为8μm和125μm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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