CN204165679U - 一种偏振相关内嵌式光纤m-z干涉型横向压力传感器 - Google Patents

一种偏振相关内嵌式光纤m-z干涉型横向压力传感器 Download PDF

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魏健
王友清
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Abstract

一种偏振相关内嵌式光纤M-Z干涉型横向压力传感器，其特征在于：由ASE光源(1)、偏振控制器(2)、第一单模光纤(3)、保偏光纤(4)、第二单模光纤(5)、光谱分析仪(6)组成；第一单模光纤(3)与保偏光纤(4)纤芯错位熔接，第一单模光纤(3)与保偏光纤(4)的错位熔接方向沿着保偏光纤(4)的快慢轴夹角平分线方向；保偏光纤(4)与第二单模光纤(5)纤芯错位熔接，第二单模光纤(5)与保偏光纤(4)的错位熔接方向沿着保偏光纤(4)的快慢轴夹角平分线方向；第一单模光纤(3)和第二单模光纤(5)相对保偏光纤(4)保持对称；第二单模光纤(5)另一端与光谱分析仪(6)相连接，横向压力施加在保偏光纤(4)上面。本实用新型具有高线性度，低成本，体积小等特点，可以用于微小压力的测量。

Description

一种偏振相关内嵌式光纤M-Z干涉型横向压力传感器
技术领域
本发明提供了一种偏振相关内嵌式光纤M-Z干涉型横向压力传感器，属于光纤传感技术领域。
背景技术
内嵌式保偏光纤Mach-Zehnder干涉仪能够有效的减少偏振衰落，保偏光纤由于具有特定的偏振模传输特性，在相干光通信、光纤传感等领域中的应用越来越引人注目。当保偏光纤受到外界横向压力微小扰动时，会引起受扰处两正交偏振基模发生能量耦合，从而使保偏光纤保偏性变差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种偏振相关内嵌式光纤M-Z干涉型横向压力传感器。该装置能够在微小的压力变化下测出压力的大小。具有高线性度，低成本等优点。
本发明通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种偏振相关内嵌式光纤M-Z干涉型横向压力传感器，其特征在于：由ASE光源(1)、偏振控制器(2)、第一单模光纤(3)、保偏光纤(4)、第二单模光纤(5)、光谱分析仪(6)组成；第一单模光纤(3)与保偏光纤(4)纤芯错位熔接，第一单模光纤(3)与保偏光纤(4)的错位熔接方向沿着保偏光纤(4)的快慢轴夹角平分线方向；保偏光纤(4)与第二单模光纤(5)纤芯错位熔接，第二单模光纤(5)与保偏光纤(4)的错位熔接方向沿着保偏光纤(4)的快慢轴夹角平分线方向；第一单模光纤(3)和第二单模光纤(5)相对保偏光纤(4)保持对称；第二单模光纤(5)另一端与光谱分析仪(6)相连接，横向压力施加在保偏光纤(4)上面。本发明具有高线性度，低成本，体积小等特点，可以用于微小压力的测量。
一种偏振相关内嵌式光纤M-Z干涉型横向压力传感器，其特征在于：保偏光纤(4)的长度为0.5-3cm。
本发明的工作原理是：第一单模光纤和第二单模光纤沿着保偏光纤快慢轴夹角平分线方向熔接构成内嵌式光纤Mach-Zehnder干涉仪，其干涉机理和双光束干涉理论一致，如图1所示。由于保偏光纤纤芯与包层折射率有差异，所以在保偏光纤中传输的包层模和纤芯模在合束端重新耦合时会有一个附加的相位差，从而使保偏光纤中的包层模被部分耦合进第二单模光纤的纤芯后将会与其中的纤芯模发生干涉。实验中当保偏光纤受到外界微小横向压力时，会引起受扰处两正交偏振模发生能量耦合。在横向压力作用区，保偏光纤传输轴上的光束会发生偏振耦合，有部分能量耦合进垂直的主轴中，在功率耦合的过中，能量守恒，可求出经过耦合点时的耦合强度P：
P = F 2 { sin [ π 1 + F 2 ( l / L bo ) ] 1 + F 2 } 2 - - - ( 1 )
式中，其中r为保偏光纤的半径，f为保偏光纤单位长度内受力大小，单位为N/mm，λ是入射光的光波波长，Lbo为保偏光纤的拍长，此传感器的结构当中横向压力和保偏光纤快轴的夹角为45°。根据公式可知，随着力的增大，耦合强度也随之增大。所以，随着力的增大，在合束端错位熔接点部分纤芯模和包层模之间互相耦合的耦合效率将会受到影响，从而影响保偏光纤快慢轴偏振模所对应的干涉光谱的条纹对比度。
本发明的有益效果是：该传感器是基于偏振相关内嵌式光纤M-Z干涉型传感器。它可以有效的避免偏振衰落现象，能够实现微小横向压力的测量，具有成本低、线性度高等优点。
附图说明
图1是本发明的光纤横向压力压传感器特征装置示意图；
图2是该传感器在不同的横向压力下对应的干涉光谱图变化；
图3是该传感器慢轴偏振模对应的强度随横向压力变化关系曲线；
图4是该传感器快轴偏振模对应的强度随横向压力变化关系曲线。
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：
参见附图1，一种偏振相关内嵌式光纤M-Z干涉型横向压力传感器，其特征在于：由ASE光源(1)、偏振控制器(2)、第一单模光纤(3)、保偏光纤(4)、第二单模光纤(5)、光谱分析仪(6)组成；第一单模光纤(3)与保偏光纤(4)纤芯错位熔接，第一单模光纤(3)与保偏光纤(4)的错位熔接方向沿着保偏光纤(4)的快慢轴夹角平分线方向；保偏光纤(4)与第二单模光纤(5)纤芯错位熔接，第二单模光纤(5)与保偏光纤(4)的错位熔接方向沿着保偏光纤(4)的快慢轴夹角平分线方向；第一单模光纤(3)和第二单模光纤(5)相对保偏光纤(4)保持对称；第二单模光纤(5)另一端与光谱分析仪(6)相连接，横向压力施加在保偏光纤(4)上面。
参见附图2，在温度为25℃的室温下，当施加在保偏光纤上的横向压力为0.196N、0.392N、0.490N、0.588N时，保偏光纤快轴偏振模和慢轴偏振模所对应的干涉条纹对比度最大处的谐振波长分别为1517.1nm和1551.3nm。
参见附图3和附图4，将所测的快轴偏振模和慢轴偏振模对应的强度随横向压力的变化进行曲线拟合，可以得到，当均匀改变保偏光纤上的横向压力时，快慢轴偏振模的压力响应灵敏度分别为30.689dB/N和12.854dB/N，线性度都在0.99以上。

Claims (2)

1.一种偏振相关内嵌式光纤M-Z干涉型横向压力传感器，其特征在于：由ASE光源(1)、偏振控制器(2)、第一单模光纤(3)、保偏光纤(4)、第二单模光纤(5)、光谱分析仪(6)组成；第一单模光纤(3)与保偏光纤(4)纤芯错位熔接，第一单模光纤(3)与保偏光纤(4)的错位熔接方向沿着保偏光纤(4)的快慢轴夹角平分线方向；保偏光纤(4)与第二单模光纤(5)纤芯错位熔接，第二单模光纤(5)与保偏光纤(4)的错位熔接方向沿着保偏光纤(4)的快慢轴夹角平分线方向；第一单模光纤(3)和第二单模光纤(5)相对保偏光纤(4)保持对称；第二单模光纤(5)另一端与光谱分析仪(6)相连接，横向压力施加在保偏光纤(4)上面。
2.根据权利要求1所述的一种偏振相关内嵌式光纤M-Z干涉型横向压力传感器，其特征在于：保偏光纤(4)的长度为0.5-3cm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105890828A (zh) * 2014-10-23 2016-08-24 中国计量学院 一种偏振相关内嵌式光纤m-z干涉型横向压力传感器
CN107621447A (zh) * 2017-11-06 2018-01-23 中国计量大学 一种可测量液体质量与湿度的光纤超灵敏传感器

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