一種基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器及應(yīng)用，全光纖高精度傳感器由第一單模光纖、多模光纖、無芯光纖、第二單模光纖四部分構(gòu)成，所述第一單模光纖、多模光纖、無芯光纖、第二單模光纖順序組合熔接；所述第一單模光纖與第二單模光纖規(guī)格相同；所述單模光纖芯層直徑小于所述多模光纖的芯層直徑；所述的第一單模光纖和第二單模光纖分別作為光源的入射端和透射端，多模光纖作為模式耦合器，提高無芯光纖中高階模式的激發(fā)效率，無芯光纖為測(cè)量區(qū)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)了一種低成本、高精度、體積小且結(jié)構(gòu)緊湊的全光纖傳感器。使用一段多模光纖作為模式耦合器的，進(jìn)一步優(yōu)化了該發(fā)明的測(cè)量精度。
【專利說明】一種基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療衛(wèi)生、生物傳感、環(huán)境監(jiān)測(cè)等光纖傳感領(lǐng)域，具體涉及一種基于光纖多模干涉(MMI)原理的全光纖高精度傳感器及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]全光纖傳感器是光纖傳感技術(shù)工程化研究的一個(gè)重要的領(lǐng)域。其相較于傳統(tǒng)傳感器具有高安全性、抗電磁干擾、耐腐蝕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、靈敏度高等固有優(yōu)勢(shì)。同時(shí)這種基于全光纖結(jié)構(gòu)的傳感器由不同種類的光纖熔接而成，相較于現(xiàn)行得到廣泛應(yīng)用的光纖布拉格光柵(FBG)、長(zhǎng)周期光纖光柵(LPG)等具有成本低、制作工藝簡(jiǎn)單、靈敏度高等特點(diǎn)。近些年來，隨著光纖傳感技術(shù)的發(fā)展，以及國(guó)內(nèi)外對(duì)全光纖結(jié)構(gòu)傳感器研究的深入，基于這種原理的光纖傳感器將在醫(yī)療衛(wèi)生、生物傳感、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域逐步得到生產(chǎn)和應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器，克服傳統(tǒng)傳感器的不足，以及光纖布拉格光柵(FBG)和長(zhǎng)周期光柵(LPG)成本高、制作工藝復(fù)雜等缺陷。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器。由第一單模光纖、多模光纖、無芯光纖、第二單模光纖四部分構(gòu)成，所述第一單模光纖、多模光纖、無芯光纖、第二單模光纖順序組合熔接；所述第一單模光纖與第二單模光纖規(guī)格相同；所述單模光纖芯層直徑小于所述多模光纖的芯層直徑；所述的第一單模光纖和第二單模光纖分別作為光源的入射端和透射端，多模光纖作為模式耦合器，提高無芯光纖中高階模式的激發(fā)效率，無芯光纖為測(cè)量區(qū)。
[0005]優(yōu)選的，所述各光纖具有相同的包層直徑。所述多模光纖的長(zhǎng)度取20-150cm。所述無芯光纖的長(zhǎng)度為η* (1.45?1.47) cm,其中η為[I?10]的整數(shù)。
[0006]更優(yōu)的，所述無芯光纖的長(zhǎng)度為4* (1.45?1.47) cm。所述各光纖的熔接選擇自動(dòng)熔接模式。
[0007]本發(fā)明還提出了一種基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器作為全光纖液位計(jì)的應(yīng)用。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)了一種低成本、高精度、體積小且結(jié)構(gòu)緊湊的全光纖傳感器。使用一段多模光纖作為模式耦合器的，進(jìn)一步優(yōu)化了該發(fā)明的測(cè)量精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體說明。
[0010]圖1為本發(fā)明的全光纖傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]其中，I一第一單模光纖，2—多模光纖，3—無芯光纖，4一第二單模光纖；圖中白色部分為光纖的包層，灰色部分為光纖的芯層?！揪唧w實(shí)施方式】
[0012]如圖1所示，本發(fā)明的全光纖傳感器按照第一單模光纖、多模光纖、無芯光纖、第二單模光纖的順序組合熔接。所述第一單模光纖與第二單模光纖規(guī)格相同，為普通單模光纖；所述多模光纖為普通多模光纖。單模光纖芯層直徑小于多模光纖的芯層直徑；無芯光纖無芯層結(jié)構(gòu)；所述光纖具有相同的包層直徑，熔接時(shí)選擇自動(dòng)熔接模式即可。多模光纖的長(zhǎng)度取20-150cm。無芯光纖的長(zhǎng)度為η* (1.45 — 1.47) cm，其中η為[I一 10]的整數(shù)。無芯光纖的長(zhǎng)度為4* (1.45~1.47) cm最優(yōu)。
[0013]選擇寬譜光源(C+L波段)作為入射光源。當(dāng)光從左端第一單模光纖進(jìn)入到多模光纖中時(shí)，由于兩種光纖芯層直徑的不同產(chǎn)生模場(chǎng)失配效應(yīng)，使得第一單模光纖中的基模在多模光纖中激發(fā)出高階模式；多模光纖長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)，傳輸模場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)定后，在多模光纖和無芯光纖熔接處再次出現(xiàn)模場(chǎng)失配，無芯光纖中高階模式再次得到激發(fā)，兩次模式的激發(fā)大大提高了能量從基模向高階模式的耦合效率。在無芯光纖和第二單模光纖的熔接處，無芯光纖中部分高階模式將重新耦合到第二單模光纖的芯層中，并發(fā)生多模干涉；這是由于不同階數(shù)高階模式具有不同的縱向傳輸常數(shù)，存在著光程差而引起的。
[0014]下面以全光纖液位計(jì)為例進(jìn)行進(jìn)一步說明。進(jìn)行液位測(cè)量時(shí)，外界液體或空氣充當(dāng)其包層，進(jìn)而改變無芯光纖中不同模式的有效折射率。當(dāng)外界液位發(fā)生變化時(shí)，測(cè)量區(qū)，即無芯光纖部分各高階模平均有效折射率發(fā)生變化，且不同階數(shù)模式有效折射率變化不相同，也就使得模式之間有效折射率差發(fā)生變化，引起光程差的改變，進(jìn)而使得干涉譜發(fā)生漂移。
[0015]全光纖液位計(jì)的解析方法是利用光纖的多模干涉原理來實(shí)現(xiàn)對(duì)無芯光纖外界液位高度的測(cè)量。上述結(jié)構(gòu)傳感機(jī)理由以下公式給出。
[0016]
【權(quán)利要求】
1.一種基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器，其特征在于，由第一單模光纖、多模光纖、無芯光纖、第二單模光纖四部分構(gòu)成，所述第一單模光纖、多模光纖、無芯光纖、第二單模光纖順序組合熔接；所述第一單模光纖與第二單模光纖規(guī)格相同；所述單模光纖芯層直徑小于所述多模光纖的芯層直徑；所述的第一單模光纖和第二單模光纖分別作為光源的入射端和透射端，多模光纖作為模式耦合器，提高無芯光纖中高階模式的激發(fā)效率，無芯光纖為測(cè)量區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器，其特征在于，所述各光纖具有相同的包層直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器，其特征在于，所述多模光纖的長(zhǎng)度取20-150cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器，其特征在于，所述無芯光纖的長(zhǎng)度為η* (1.45?1.47) cm,其中η為[I?10]的整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器，其特征在于，所述無芯光纖的長(zhǎng)度為4* (1.45?1.47) cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器，其特征在于，所述各光纖的熔接選擇自動(dòng)熔接模式。
7.一種根據(jù)權(quán)利6所述基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器的應(yīng)用，其特征在于，所述基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器作為全光纖液位計(jì)。
【文檔編號(hào)】G01D5/26GK103940455SQ201410143588
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】夏歷, 羅亦楊, 冉艷麗, 劉德明 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)