專利名稱：基于高雙折射光子晶體光纖薩格納克環(huán)的全光纖熱補償標準具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于基于波長編碼的光纖傳感領域，特點是一種基于高雙折射光子晶體光纖薩格納克環(huán)的全光纖熱補償標準具，其可以用于光纖傳感系統(tǒng)中對波長的精確標定。
背景技術：
在基于波長編碼的高精度光學測量領域中，標準具是不可或缺的波長定標器件。 現(xiàn)有的技術中，主要是以法布里-珀羅(F-P)干涉儀作為波長標準具。這種技術結(jié)構(gòu)復雜， 工藝要求高，且多采用熔融石英或者精鋼石制成干涉儀，成本很高。光子晶體光纖又被稱為微結(jié)構(gòu)光纖，其橫截面上有較復雜的折射率分布，通常含有不同排列形式的氣孔。高雙折射光子晶體光纖又稱為偏振保持光子晶體光纖，其不同偏振態(tài)的折射率差比普通偏振保持光纖大一個數(shù)量級以上，相應地用其構(gòu)成的薩格納克環(huán)的干涉條紋間距在同等光纖長度下小一個數(shù)量級，更為重要的是由于此種光纖結(jié)構(gòu)上的特點，溫度對其干涉條紋波長的影響極小，典型值為_2pm/°C /m，使其具有成為熱補償標準具得天獨厚的優(yōu)勢。目前尚未有利用高雙折射光子晶體光纖構(gòu)成全光纖熱補償標準具的方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是解決現(xiàn)有波長標準具結(jié)構(gòu)復雜、制作工藝要求和成本較高的問題， 針對高雙折射率光子晶體光纖高雙折射度和低波長溫漂的特點，提出一種基于高雙折射光子晶體光纖薩格納克環(huán)的全光纖熱補償標準具。本發(fā)明提供的基于高雙折射光子晶體光纖薩格納克環(huán)的全光纖熱補償標準具，包括單模3dB耦合器、偏振控制器、高雙折射光子晶體光纖和熱敏感材料；所述的偏振控制器和高雙折射光子晶體光纖熔接在3dB耦合器同一側(cè)的兩端構(gòu)成的光纖薩格納克環(huán)中，高雙折射光子晶體光纖的一段用強力膠粘貼在熱敏感材料上，所述的熱敏感材料為熱膨脹系數(shù)較高的金屬材料。所述的高雙折射光子晶體光纖長度為10m_15m，根據(jù)對標準具波長間隔的需求進
行調(diào)整。所述的熱敏感材料為青銅、黃銅或者鋁合金?？筛鶕?jù)所選光子晶體光纖長度及物理特性進行調(diào)整。本發(fā)明中構(gòu)成薩格納克環(huán)的光纖為高雙折射光子晶體光纖(又稱偏振保持光子晶體光纖)，利用其高雙折射特性產(chǎn)生小波長間隔干涉條紋。高雙折射光子晶體光纖薩格納克環(huán)產(chǎn)生的干涉條紋在溫度升高時將產(chǎn)生波長藍移，受拉應變影響時產(chǎn)生波長紅移，通過合理計算，利用熱敏感材料受熱拉伸和受冷收縮對光纖施加應變，產(chǎn)生與溫度效應相反的波長漂移從而實現(xiàn)自動補償，實現(xiàn)薩格納克環(huán)干涉條紋的熱不敏感特性。
所述標準具的制作方法是
將高雙折射光子晶體光纖融接在2X2的3dB耦合器同端(輸入或者輸出端)兩臂構(gòu)成薩格納克環(huán)，為了使干涉條紋對比度可調(diào)，在薩格納克環(huán)中加入偏振控制器。將高雙折射光子晶體光纖的一段(長15cm)，粘貼在熱敏感材料表面進行熱補償。發(fā)明原理
對于光纖薩格納克干涉環(huán)，其周期性條紋的間隔δ λ滿足如下公式 δ λ = λ2/(ΔηΧ“Η)(1)
其中，λ表示干涉儀工作的波長，這里為C波段，λ為1550nm，Δη表示保偏光纖兩個偏振方向的折射率差，即雙折射度，典型值為8. 6Χ 10_4，Leff為高雙折射光子晶體光纖的長度。外界溫度變化導致的干涉條紋波長漂移量反向正比于溫度升高的數(shù)值，典型值為-2pm/°C/m。應變導致的干涉條紋波長漂移量正比于應變值，典型值為1.3pm/μ ε。將高雙折射光子晶體光纖的一段粘貼于熱膨脹系數(shù)較大的材料上，利用熱脹冷縮實現(xiàn)對溫度的自動補償，從而實現(xiàn)熱不敏感標準具。本發(fā)明的有益效果
由高雙折射光子晶體光纖和光纖耦合器、偏振控制器構(gòu)成的全光纖熱補償標準具，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，成本適中，且該標準具波長間隔極易控制，具有非常廣闊的應用前景。利用高雙折射光子晶體光纖的高雙折射度，實現(xiàn)任意波長間隔的干涉，利用溫度和應變對薩格納克干涉儀干涉條紋漂移互補償效應，實現(xiàn)了一種簡單可靠的熱不敏感標準具。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.單模3dB耦合器，2.高雙折射光子晶體光纖，3.熱敏感材料，4.偏振控制器，5.強力膠。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
具體實施例方式實施例
如圖1所示，一種基于高雙折射光子晶體光纖薩格納克環(huán)的全光纖熱補償標準具，包括一個單模3dB耦合器l，1550nm波段高雙折射光子晶體光纖2 (長11m)，偏振控制器4， 502強力膠5，熱敏感材料(20cm X 5cm X0. 5cm青銅塊)3。
具體實施方式
及計算方法如下
3dB耦合器l、llm長高雙折射光子晶體光纖2、偏振控制器4經(jīng)熔接構(gòu)成光纖薩格納克環(huán)，將高雙折射光子晶體光纖的一段(約15cm)用502強力膠5粘貼在青銅塊3表面，剩余高雙折射光子晶體光纖盤成數(shù)圈(直徑20cm)緊鄰青銅塊3放置，以確保所處的溫度環(huán)境一致，通過控制偏振控制器實現(xiàn)薩格納克環(huán)干涉條紋獲得最高對比度。根據(jù)公式1及該高雙折射光子晶體光纖的雙折射度Δη=8.6Χ10_4可以算得該干涉儀的峰值波長間隔為0.2Mnm。Ilm長光纖因溫度引起的干涉波長漂移量約為-22pm/°C，由應變引起的波長漂移為1.3ρπι/μ ε，青銅的線性熱膨脹系數(shù)為 17. 5 μ e/°C，則熱補償帶來的波長漂移約為1.3ρπι/μ ε X 17. 5 μ ε/°C =22. 75pm/°C，經(jīng)熱補償后干涉波長的漂移僅為-0. 75pm/°C，完全能夠滿足現(xiàn)有傳感技術對標準具熱不敏感度的要求，實現(xiàn)了標準具的溫漂自動補償。 實際使用時，可以根據(jù)需求選擇高雙折射光子晶體光纖的長度及熱敏感材料，只需保證二者物理參數(shù)上的匹配即可。
權利要求
1.一種基于高雙折射光子晶體光纖薩格納克環(huán)的全光纖熱補償標準具，其特征在于 該標準具包括單模3dB耦合器、偏振控制器、高雙折射光子晶體光纖和熱敏感材料；所述的偏振控制器和高雙折射光子晶體光纖熔接在3dB耦合器同一側(cè)的兩端構(gòu)成光纖薩格納克環(huán)，高雙折射光子晶體光纖的一段用強力膠粘貼在熱敏感材料上，所述的熱敏感材料為熱膨脹系數(shù)較高的金屬材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的標準具，其特征在于所述的高雙折射光子晶體光纖長度為 10m-15m，根據(jù)對標準具波長間隔的需求進行調(diào)整。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的標準具，其特征在于所述的熱敏感材料為青銅、黃銅或者招合金ο
全文摘要
一種基于高雙折射光子晶體光纖薩格納克環(huán)的全光纖熱補償標準具。該標準具由一段高雙折射光子晶體光纖、偏振控制器和3dB耦合器構(gòu)成光纖薩格納克干涉環(huán)，將高折射光子晶體光纖的一段粘貼在熱敏感材料上。本發(fā)明利用高雙折射光子晶體光纖的高雙折射度，實現(xiàn)任意波長間隔的干涉，利用溫度和應變對薩格納克干涉儀干涉條紋漂移互補償效應，實現(xiàn)了一種簡單可靠的熱不敏感標準具。該標準具結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高、設計靈活、全光纖化、制作工藝簡單；所設計的標準具完全利用高雙折射光子晶體光纖實現(xiàn)溫度引入波長漂移的自動補償。全光纖化結(jié)構(gòu)特別適合于光纖傳感系統(tǒng)中對波長進行定標。
文檔編號G01J9/02GK102354026SQ201110299290
公開日2012年2月15日 申請日期2011年10月8日 優(yōu)先權日2011年10月8日
發(fā)明者劉波, 劉艷格, 張昊, 王志, 鄭夕寶, 陳進杰 申請人:南開大學