CN110411488A - 蓝宝石光纤fp传感器干涉谱可见度增强的模式滤波装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓝宝石光纤FP传感器干涉谱可见度增强的模式滤波装置，包括空间滤波光路，所述空间滤波光路包括共轴设置的第一透镜、第二透镜、针孔滤波器和光电探测器，所述第一透镜与所述第二透镜共焦设置，共焦处设置所述针孔滤波器，所述第二透镜后设置所述光电探测器；所述针孔滤波器的孔径与蓝宝石光纤FP传感器光场基模相匹配，实现蓝宝石光纤FP传感器出射光的高阶模的滤除。本发明有效减少了蓝宝石光纤FP干涉信号的传导模式数目，提高了蓝宝石光纤FP传感器干涉光谱可见度，达到提高蓝宝石光纤FP传感器的量程及测量精度的目的。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种蓝宝石光纤FP传感器干涉谱可见度增强的模式滤波装置。
背景技术
蓝宝石光纤(单晶Al2O3)熔化温度为2053℃，具有高耐热性和高抗腐蚀性、同时拥有较好的光学传输特性，是高温光纤传感的理想材料。目前，蓝宝石光纤传感器被广泛应用于航空航天等领域。
基于蓝宝石光纤FP传感器，由于蓝宝石光纤传输具有不受电磁干扰，电绝缘，耐腐蚀等独特优点，在高温、高压等恶劣环境下具有广泛的应用前景。然而，由于蓝宝石光纤是以空气为包层的多模波导结构，模式超过200个，这就导致干涉谱模糊不清，可见度差。大大影响了传感器的应变测量精度和范围。因此需要通过相关方法和装置对蓝宝石FP传感器的干涉光谱进行增强、优化，以提高传感器性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中蓝宝石光纤多模波导结构引起的干涉谱模糊不清、可见度差的缺陷，提供一种蓝宝石光纤FP传感器干涉谱可见度增强的模式滤波装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
提供一种蓝宝石光纤FP传感器干涉谱可见度增强的模式滤波装置，包括空间滤波光路，所述空间滤波光路包括共轴设置的第一透镜、第二透镜、针孔滤波器和光电探测器，所述第一透镜与所述第二透镜共焦设置，共焦处设置所述针孔滤波器，所述第二透镜后设置所述光电探测器；
所述针孔滤波器的孔径与蓝宝石光纤FP传感器光场基模相匹配，实现蓝宝石光纤FP传感器出射光的高阶模的滤除。
接上述技术方案，还包括测量光路，所述测量光路包括共光轴设置的光源、半反射镜、蓝宝石光纤FP传感器，所述光源后设置所述半反射镜，所述半反射镜与测量光路光轴成45°，其后设置所述蓝宝石光纤FP传感器，所述测量光路光轴与所述空间滤波光路光轴正交，交点为所述半反射镜中心。
接上述技术方案，还包括测量光路，所述测量光路包括光源、第一多模光纤、第二多模光纤、第三多模光纤、光纤耦合器、法兰盘、蓝宝石光纤FP传感器，所述光源后接所述第一多模光纤，所述第一多模光纤、第二多模光纤和第三多模光纤与所述光纤耦合器耦合，所述第二多模光纤的另一端与蓝宝石光纤FP传感器入射端通过所述法兰盘固定连接，所述第三多模光纤的另一端设置在所述空间滤波光路的光轴上并贴近所述第一透镜。
接上述技术方案，所述针孔滤波器的孔径根据蓝宝石光纤FP传感器中的光场模式设计而成，所述针孔滤波器的孔径介于5～20μm。
接上述技术方案，所述针孔滤波器材料为0.5mm厚的钢片。
接上述技术方案，所述蓝宝石光纤FP传感器两端经过研磨抛光处理。
接上述技术方案，所述针孔滤波器制作方法，包括以下步骤：
S1、对所述蓝宝石光纤FP传感器进行建模，计算蓝宝石光纤中传输的基模光场的性质；
S2、根据高斯光束理论计算空间滤波光路聚焦透镜焦平面上的光斑半径，设计只允许基模光束通过的针孔滤波器。
S3、用高功率脉冲激光器聚焦后在薄金属片上打孔得到针孔滤波器。
本发明产生的有益效果是：本发明提供的一种蓝宝石光纤FP传感器干涉谱增强的模式滤波装置，通过在蓝宝石光纤FP传感器测量系统中设置与所述蓝宝石光纤FP传感器光场基模相匹配的针孔滤波器,通过空间滤波的方式滤除蓝宝石光纤FP传感器出射光的高阶模。本发明有效减少了蓝宝石光纤FP干涉信号的传导模式数目，提高了蓝宝石光纤FP传感器干涉光谱可见度，达到提高蓝宝石光纤FP传感器的量程及测量精度的目的。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的一种测量系统光路示意图；
图2是本发明实施例的另一种测量系统光路示意图；
图3是本发明实施例的蓝宝石光纤FP传感器光长模式仿真图。
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。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种蓝宝石光纤FP传感器干涉谱可见度增强的模式滤波装置，如图1所示,包括空间滤波光路，该空间滤波光路包括共轴设置的第一透镜13、第二透镜15、针孔滤波器14和光电探测器16，第一透镜13与第二透镜15共焦设置，共焦处设置针孔滤波器14，第二透镜15后设置光电探测器16，光电探测器16对信号进行调解。
针孔滤波器14的孔径与蓝宝石光纤FP传感器12光场基模相匹配，实现蓝宝石光纤FP传感器12出射光的高阶模的滤除，有效减少了蓝宝石光纤FP干涉信号的传导模式数目，提高了蓝宝石光纤FP传感器干涉光谱可见度，达到提高蓝宝石光纤FP传感器的量程及测量精度的目的。
进一步地，如图1所示，本发明实施例的模式滤波装置还包括测量光路，该光路包括共光轴设置的光源11、半反射镜21和蓝宝石光纤FP传感器12，光源11后设置半反射镜21，半反射镜21与测量光路光轴成45°，其后设置蓝宝石光纤FP传感器12，测量光路光轴与所述空间滤波光路光轴正交，交点为半反射镜21中心。
进一步地，如图2所示，本发明另一实施例的模式滤波装置还包括测量光路，该光路包括共光轴设置光源11、第一多模光纤31、第二多模光纤32、第三多模光纤33、光纤耦合器24、法兰盘25和蓝宝石光纤FP传感器12，光源11后接所述第一多模光纤31，第一多模光纤31、第二多模光纤32和第三多模光纤33与光纤耦合器34耦合，第二多模光纤32的另一端与蓝宝石光纤FP传感器12入射端通过法兰盘35固定连接，第三多模光纤33的另一端设置在所述空间滤波光路的光轴上并贴近第一透镜13。
进一步地，针孔滤波器14的孔径根据蓝宝石光纤FP传感器12中的光场模式设计而成，针孔滤波器14的孔径介于5～20μm。
进一步地，针孔滤波器14材料为0.5mm厚的钢片。
进一步地，蓝宝石光纤FP传感器12两端经过研磨抛光处理。
进一步地，提供一种针孔滤波器14制作方法，包括以下步骤：
S1、对所述蓝宝石光纤FP传感器12进行建模，计算蓝宝石光纤中传输的基模光场的性质；
S2、根据高斯光束理论计算空间滤波光路聚焦透镜焦平面上的光斑半径，设计只允许基模光束通过的针孔滤波器14，如图2所示，对直径60μm的蓝宝石光纤FP传感器12基模模场进行计算，基模能量集中在半径10μm范围内，设置孔径为20μm的针孔滤波器14可以有效滤除高阶模式。
S3、用高功率脉冲激光器聚焦后在薄金属片上打孔得到针孔滤波器14。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种蓝宝石光纤FP传感器干涉谱可见度增强的模式滤波装置，其特征在于，包括空间滤波光路，所述空间滤波光路包括共轴设置的第一透镜、第二透镜、针孔滤波器和光电探测器，所述第一透镜与所述第二透镜共焦设置，共焦处设置所述针孔滤波器，所述第二透镜后设置所述光电探测器；
所述针孔滤波器的孔径与蓝宝石光纤FP传感器光场基模相匹配，实现蓝宝石光纤FP传感器出射光的高阶模的滤除。
2.根据权利要求1所述的模式滤波装置，其特征在于，还包括测量光路，所述测量光路包括共光轴设置的光源、半反射镜、蓝宝石光纤FP传感器，所述光源后设置所述半反射镜，所述半反射镜与测量光路光轴成45°，其后设置所述蓝宝石光纤FP传感器，所述测量光路光轴与所述空间滤波光路光轴正交，交点为所述半反射镜中心。
3.根据权利要求1所述的模式滤波装置，其特征在于，还包括测量光路，所述测量光路包括光源、第一多模光纤、第二多模光纤、第三多模光纤、光纤耦合器、法兰盘、蓝宝石光纤FP传感器，所述光源后接所述第一多模光纤，所述第一多模光纤、第二多模光纤和第三多模光纤与所述光纤耦合器耦合，所述第二多模光纤的另一端与蓝宝石光纤FP传感器入射端通过所述法兰盘固定连接，所述第三多模光纤的另一端设置在所述空间滤波光路的光轴上并贴近所述第一透镜。
4.根据权利要求1所述的模式滤波装置，其特征在于，所述针孔滤波器的孔径根据蓝宝石光纤FP传感器中的光场模式设计而成，所述针孔滤波器的孔径介于5~20μm。
5.根据权利要求1所述的模式滤波装置，其特征在于，所述针孔滤波器材料为0.5mm厚的钢片。
6.根据权利要求3、4所述的模式滤波装置，其特征在于，所述蓝宝石光纤FP传感器两端经过研磨抛光处理。
7.根据权利要求1所述的模式滤波装置，其特征在于, 所述针孔滤波器制作方法，包括以下步骤：
S1、对所述蓝宝石光纤FP传感器进行建模，计算蓝宝石光纤中传输的基模光场的性质；
S2、根据高斯光束理论计算空间滤波光路聚焦透镜焦平面上的光斑半径，设计只允许基模光束通过的针孔滤波器；
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191105 |