本發(fā)明屬于光纖傳感領(lǐng)域，特別是涉及一種基于纖芯折射率調(diào)制線的多模干涉儀及其制備方法。

背景技術(shù)：

全光纖多模干涉儀傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、重量輕、抗電磁干擾、耐化學腐蝕、靈敏度高、等優(yōu)點，現(xiàn)已成為國內(nèi)外研究的熱點，在航空航天、食品安全、空氣質(zhì)量監(jiān)測、火災預警、生物醫(yī)學等行業(yè)具有廣泛的應用前景。隨著多模干涉儀應用領(lǐng)域的日漸擴展，現(xiàn)有技術(shù)對多模干涉儀傳感器的各種制作方法也進行了相應的各種研究。目前，全光纖多模干涉儀的制作方法主要有：

(1)基于普通單模光纖與其它各種不同種類的特種光纖熔接，如多模光纖、光子晶體光纖、空心光纖、細芯光纖等。然而此方法需要將各分立的光纖熔接通過熔接手段拼接起來，但是按照上述方法制作的多模干涉儀，熔接位置容易斷裂以及手動操作出現(xiàn)的可重復性差等問題，并且上述的制作方式中涉及的都是特種光纖，這種焊接方式所造成的斷裂造成制備中的特種光纖的浪費，無形中增加了器件的制造成本。

(2)光纖拉錐，通過拉錐的方法將光纖的某一段或多段的直徑變小，從而是光在通過錐區(qū)時產(chǎn)生模式失配。拉錐工藝避免了元件組裝拼接過程，然而錐區(qū)部分十分脆弱，魯棒性差，易受外界擾動和使用壽命短，并且是利用的倏逝場的效應，容易發(fā)生光能量的泄露并且在傳感器的應用中極易受到其它噪聲類型的干擾。

近年來，隨著激光加工技術(shù)的不斷成熟，基于激光加工的光纖結(jié)構(gòu)得到了迅速的發(fā)展，極大地推動了各種新型光纖結(jié)構(gòu)的應用及制備的發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種基于纖芯負折射率調(diào)制線的多模干涉儀及其制備方法，上述多模干涉儀具有結(jié)構(gòu)簡單、制作簡便、穩(wěn)定性強、抗惡劣環(huán)境干擾、加工周期短的特點，不僅結(jié)構(gòu)緊湊，易于實現(xiàn)，而且實現(xiàn)了更高的靈敏度，在環(huán)境檢測、生化傳感等方面具有極大的應用前景。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供一種基于纖芯負折射率調(diào)制線的多模干涉儀，其特征在于，所述多模干涉儀包括光纖，在所述光纖上具有基于纖芯的負調(diào)制波線，所述負調(diào)制線由激光器沿著所述光纖軸向方向沿線輻射形成，所述纖芯在所述激光器的輻射下發(fā)生折射率的改變。

進一步地，所述光纖為單模光纖。

進一步地，所述激光器為飛秒激光器。

進一步地，所述飛秒激光器的重復頻率為200千赫茲(khz)，脈沖寬度為350飛秒(fs)。

本發(fā)明還公開了一種基于纖芯折射率調(diào)制線的多模干涉儀的制作方法，其特征在于，包括如下步驟：

將所述光纖置于運動平臺上，使所述光纖的軸向垂直于激光光束的入射方向；

調(diào)整所述光纖的位置，使激光光束聚集于所述光纖的中心，沿所述光纖的軸向移動所述運動平臺使所述光纖沿著所述軸向以一定速率平移運動；

控制所述運動平臺的駐停后打開所述激光光束曝光在所述光纖的纖芯，以上述方式操作多次，形成所述折射率調(diào)制線。

進一步地，所述激光光束曝光是通過控制所述激光光束的脈沖能量和焦點位置。

進一步地，所述激光器為飛秒激光器。

進一步地，所述光纖為單模光纖。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

1)通過控制激光的脈沖能量和焦點位置，只在設定部分纖芯區(qū)域引起折射率的變化，而不損傷光纖，保證了光纖的完整性，提高了干涉儀抗外界惡劣環(huán)境干擾的能力和魯棒性；并且采用激光加工技術(shù)的重復性好，精度高，成本低和可控性好；

2)加工周期短，實驗所用時間一般<1分鐘，極大地提高了器件的制作效率；

3)按照本發(fā)明的方法所制備出的多模干涉儀，不受光纖特性的影響，可以在各種類型的光纖上使用；

4)本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，性能穩(wěn)定，靈活性高；并且本發(fā)明的多模干涉儀結(jié)構(gòu)在折射率的性能上，與現(xiàn)有技術(shù)中的去除絕大部分光纖包層或者拉錐處理后的光纖多模干涉儀相比，靈敏度具有顯著的提高，靈敏度提高了1-2個數(shù)量級。

附圖說明

圖1為按照本發(fā)明制作的一種新型的基于光纖纖芯折射率調(diào)制線的多模干涉儀的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為按照本發(fā)明利用激光器制作的基于光纖纖芯折射率多模干涉儀的示意圖；

圖3為按照本發(fā)明的制備方法所制備出的2.5mm的折射率調(diào)制線的多模干涉儀的光譜透射圖；

圖4為按照本發(fā)明的制備方法所制備出的5mm的折射率調(diào)制線的多模干涉儀的光譜透射圖；

圖5為按照本發(fā)明的制備方法所制備出的10mm的折射率調(diào)制的多模線干涉儀的光譜透射圖；

圖6為按照本發(fā)明的制備方法所制備出的線長5mm的干涉儀光譜隨外界折射率的變化情況。

在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：

11—光纖；12—負折射率調(diào)制線；21—三維位移平臺；22—激光光束；23-激光器；24—顯微物鏡。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明多模干涉儀的加工具體如下：

如圖1所示，一種新型的基于光纖纖芯折射率調(diào)制線的多模干涉儀，其特點在于，包括一根單模光纖11、和在其纖芯的負調(diào)制波線12，纖芯的調(diào)制波線12是通過激光光束22沿光纖纖芯軸向改變纖芯折射率形成，負調(diào)制波線12的長度根據(jù)實際的需要而定。

本發(fā)明多模干涉儀的制備方法：

如圖2所示，一種新型的基于光纖纖芯折射率調(diào)制線的多模干涉儀的制作方法，其操作方法如下：

1)將光纖置于三維移動平臺21上，使光纖的軸向垂直于激光光束22的入射方向；通過顯微鏡觀察并調(diào)整所述光纖的位置，使激光器23輸出的激光光束通過顯微物鏡24聚集于所述光纖的中心；

光束離光纖的距離是跟聚焦透鏡顯微物鏡24的工作距離有關(guān)。實驗中，將聚焦點處于大約光纖橫截面的正中央即可；在具體實施的制作方法中，其中一種實施例為單脈沖能量為3uj/pulse，聚焦透鏡參數(shù)為：40xna＝0.65

其中，在上述制備方法中，飛秒激光器引起的折射率變化機制和具體的情況很復雜，原理是引起折射率正負為主的調(diào)制。

2)沿著所述光纖的軸向移動光纖，并曝光使得激光光束22在光纖的內(nèi)部刻寫多模干涉儀，不同的線長對應于不同的自由光譜范圍(fsr)，實際應用中可以根據(jù)需求方便地制作不同長度的線長，只需要提高激光光束的曝光線長即可；

在本實施例中，所述的折射率調(diào)制線，是由于激光的作用使得折射率改變而形成；所述的飛秒脈沖激光波長為520nm，重復頻率：200khz脈沖寬度：350fs；光纖為普通單模光纖，纖芯直徑約8.3um。

圖3、4、5中分別為按照本發(fā)明的制備方法所制備出的2.5mm、5mm、10mm的折射率調(diào)制線的多模干涉儀的光譜透射圖。

本發(fā)明多模干涉儀的折射率傳感實驗：

圖6是5mm長的折射率調(diào)制線的多模干涉儀在不同折射率的溶液中光譜的情況，從圖3圖4圖5中可以看出，隨著折射率增加，干涉條紋波長明顯地向長波長移動，實驗表明，在折射率為1.4513時，靈敏度可以達到19556nm/riu,這是目前為止已知的最高的基于強度調(diào)制的光纖折射率靈敏度，比已報道的未經(jīng)包層變細處理的光纖干涉儀的靈敏度至少提高了1-2個數(shù)量級。能更為有效地激發(fā)高階包層模，大多數(shù)的結(jié)構(gòu)中，光纖是有包層的，由于纖芯折射率>包層折射率，這對于激發(fā)高階模并應用于ri傳感是不利的。按照本發(fā)明的方法所制備出的結(jié)構(gòu)，雖然本身包層還是存在，但是由于纖芯受到折射率調(diào)制，其折射率已經(jīng)是小于外包層的，光具有趨向于高折射率介質(zhì)傳輸?shù)奶匦裕虼?，包層中將會被大量激發(fā)出不同的包層模。

在上述的實施例當中，僅僅列舉了為單模光纖的實施例，實際在加工過程中，本發(fā)明的方法不僅僅只適用于單模光纖，還適用于各類其他光纖，例如多模光纖、各類摻雜光纖，熊貓光纖，雙包層光纖等，另外，本發(fā)明的折射率調(diào)制程度通過對激光的控制也可以實現(xiàn)靈活的調(diào)整，在上述實施例中使用的激光參數(shù)并不為唯一限定。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。