CN112113588B - 一种滤波器模式控制实现微纳光纤Sagnac环输出高稳定性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种滤波器模式控制实现微纳光纤Sagnac环输出高稳定性的方法，属于光电检测技术领域。本发明通过将光滤波器与微纳光纤Sagnac干涉结构相结合，利用光滤波器的模式选择特性，实现微纳光纤Sagnac环内工作模式的控制，以抑制干扰干涉模式，使能量更加集中在工作模式上，从而实现提高微纳光纤Sagnac环的输出光谱均匀性和稳定性的目的，且光滤波器的反射和透射模式不参加干涉谱输出，因此也就不会影响系统的相关性能；通过设计和改变光滤波器的参数，能够实现干涉仪输出特性的动态可控性。
Description
技术领域
本发明属于光电检测技术领域，具体涉及一种滤波器模式控制实现微纳光纤Sagnac环输出高稳定性的方法。
背景技术
Sagnac效应在1913年被法国人G.Sagnac首次提出，最早被用于设计光纤陀螺仪，这种陀螺仪具有灵敏度高、反应快、量程大、抗电磁干扰等优点，在航空航天、定位系统、军事技术等领域拥有较好的应用前景。
光纤Sagnac环还可以用于激光滤波器和传感器等。光纤Sagnac环以其高精度好高分辨率在通信器件、军事探测及传感器等领域有着广泛应用。然而，其输出稳定性一直以来是限制其向高精度和实用性发展的局限，因此将其与Sagnac干涉结构结合可以得到较好的干涉效果。虽然这种结构优点众多，但是在传感器传感过程中不稳定的问题也一直有待解决。
光在传输过程中遇到光滤波器时，将发生模式选择性反射或透射，从而起到滤波和模式选择的作用。有鉴于此，我们将光滤波器接入微纳光纤Sagnac环结构中，它的功能是可以滤除干扰模式，从而使干涉能量更加集中在工作模式上，通过这种模式控制来提高Sagnac环的输出稳定性的方法，并通过实验验证，得到了很好的效果。
发明内容
致力于解决Sagnac环干涉仪的输出光谱存在的稳定性问题，本发明提出了一种滤波器模式控制实现微纳光纤Sagnac环输出高稳定性的方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种滤波器模式控制实现微纳光纤Sagnac环输出高稳定性的方法，选用光源、探测器、3dB耦合器、微纳光纤和光滤波器；其中，3dB耦合器、微纳光纤以及光滤波器形成微纳光纤Sagnac干涉结构；其中，光滤波器用于将特定模式的光从系统中滤掉；该结构的特征为：将微纳光纤与光滤波器级联后与一个3dB耦合器一侧的两个出口连接，构成微纳光纤Sagnac环，耦合器另一侧的两个接口分别接探测器和光源，该结构中的光滤波器在微纳光纤Sagnac环中对Sagnac环内工作模式进行控制，压制一部分模式，使能量更加集中在工作模式上，在不影响传感器性能的情况下，会使Sagnac干涉仪的稳定性明显提高；
进一步的，一种滤波器模式控制实现微纳光纤Sagnac环输出高稳定性的方法，其光滤波器采用：各种光纤光栅、光电滤波、模式控制和选择器件等；
进一步的，耦合器将光源发出的光分成频率相同的两部分光信号，两部分光信号分别沿顺时针和逆时针方向在微纳光纤Sagnac环中传播，顺时针光信号经过微纳光纤激发出包层模式，包层模式从微纳光纤耦合回微纳光纤Sagnac环光纤中，到达光滤波器，光滤波器对模式进行选择控制，抑制干扰模式，加强工作模式，工作模式的光在耦合器输出端与逆时针光相遇并发生干涉，干涉谱输出到探测器；
进一步的，光在传输过程中遇到光滤波器，光滤波器透射或反射光到达汇聚点的光程差要完全一致，从而去除光滤波器反射和透射光参与干涉，进而影响器件输出性能。
本发明所带来的有益技术效果：
本发明通过将光滤波器与Sagnac干涉结构相结合，利用滤波器的模式选择特性，实现Sagnac环内工作模式的控制，以抑制干扰干涉模式，使能量更加集中在工作模式上，从而实现提高Sagnac环的输出光谱均匀性和稳定性的目的，且光滤波器的反射和透射模式不参加干涉谱输出，因此也就不会影响系统的相关性能；通过设计和改变光滤波器的参数，能够实现干涉仪输出特性的动态可控性。
附图说明
图1是本发明方法中微纳光纤Sagnac干涉仪的结构示意图；
其中：1-光源；2-探测器；3-3dB耦合器；4-微纳光纤；5-光滤波器；
图2是本发明的微纳光纤Sagnac干涉结构光谱图：(a)无滤波器；(b)接入滤波器；
图3是本发明的微纳光纤Sagnac干涉结构进行折射率传感时的傅里叶变换模场分析图：(a)无滤波器；(b)接入滤波器；
图4是本发明的微纳光纤Sagnac干涉结构中进行折射率传感的折射率灵敏度线性拟合图：(a)无滤波器；(b)接入滤波器；
图5是本发明的微纳光纤Sagnac干涉仪的时间稳定性散点图：(a)无滤波器；(b)接入滤波器。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
如图1所示，一种滤波器模式控制实现微纳光纤Sagnac环输出高稳定性的方法选用光源1、探测器2、3dB耦合器3、微纳光纤4和光滤波器5；其中，3dB耦合器3、微纳光纤4以及光滤波器5形成微纳光纤Sagnac干涉结构；
其中微纳光纤4与光滤波器5串联后与一个光纤3dB耦合器3的两个输出臂相连接，构成微纳光纤Sagnac环，其中光纤耦合器3的两个输出臂分别连接光源1和探测器2。所用的光滤波器5采用各种光纤光栅、光电滤波、模式控制和选择器件等。由光滤波器5产生的反射或透射光信号的光程差要相等，用以消除滤波器反射或透射信号对于Sagnac环干涉信号的影响。
为了更加清楚地理解，结合图2、图3、图4和图5，通过实例进一步说明本发明方法如何通过滤波器模式控制实现微纳光纤Sagnac环输出的高稳定性，其中：
3dB耦合器3将光源1发出的光分成频率相同的两部分光信号，两部分光信号分别沿顺时针和逆时针方向在微纳光纤Sagnac环中传播，顺时针光信号经过微纳光纤激发出包层模式，包层模式从微纳光纤耦合回微纳光纤Sagnac环光纤中，到达光滤波器5，光滤波器5对模式进行选择控制，抑制干扰模式，加强工作模式，工作模式的光在耦合器输出端与逆时针光相遇并发生干涉，干涉谱输出到探测器2。
进一步的，一种滤波器模式控制实现微纳光纤Sagnac环输出高稳定性的方法，其中光在传输过程中遇到光滤波器5，光滤波器5透射或反射光到达汇聚点的光程差要完全一致，从而去除光滤波器5反射和透射光参与干涉，进而影响器件输出性能。
从图2中(a)和(b)的对比可以看出，用该结构进行折射率传感时，加入光滤波器5后，光谱能量及干涉谱间隔变得更加均匀。
从图3中(a)和(b)的对比可以看出，在接入光滤波器5前，其激发了诸多高阶包层模式，而接入光滤波器5后，诸多能量较低的和高阶包层模式消失，可见，激发的部分模式被光滤波器5过滤掉，而少部分工作模式能量得到加强，从而改善了干涉仪的输出光谱。
从图4中(a)和(b)的对比可以看出，接入光滤波器5前后，其传感灵敏度几乎不变，甚至有所提高，因此，接入光滤波器5没有劣化器件本身功能。
从图5中(a)和(b)的对比可以明显看出，不加光滤波器5的Sagnac环结构的干涉光谱随时间呈现随机的波动，而加入光滤波器5后的输出光谱随时间变化明显减小，可见其输出稳定性得到了明显的提高。
以上为本实施例的完整实现过程。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种滤波器模式控制实现微纳光纤Sagnac环输出高稳定性的方法，选用光源、探测器、3dB耦合器、微纳光纤和光滤波器；其中，3dB耦合器、微纳光纤以及光滤波器形成微纳光纤Sagnac干涉结构；
其特征在于，将微纳光纤与光滤波器级联后与一个3dB耦合器一侧的两个出口连接，构成微纳光纤Sagnac环，3dB耦合器另一侧的两个接口分别接探测器和光源；其中，光滤波器对Sagnac环内工作模式进行控制，抑制一部分模式，使能量更加集中在工作模式上；
耦合器将光源发出的光分成频率相同的两部分光信号，两部分光信号分别沿顺时针和逆时针方向在微纳光纤Sagnac环中传播，顺时针光信号经过微纳光纤激发出包层模式，包层模式从微纳光纤耦合回Sagnac环光纤中，到达光滤波器，光滤波器对模式进行选择控制，抑制干扰模式，加强工作模式，工作模式的光在耦合器输出端与逆时针光相遇并发生干涉，干涉谱输出到探测器；
由光滤波器产生的反射或透射光信号的光程差要相等，反射或透射光信号到达汇聚点的光程差要完全一致。
2.如权利要求1所述的一种滤波器模式控制实现微纳光纤Sagnac环输出高稳定性的方法，其特征在于，所述光滤波器采用：各种光纤光栅、光电滤波、模式控制和选择器件。
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