基于光束軌道角動(dòng)量的光纖傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，更具體而言，涉及一種基于光束軌道角動(dòng)量相干檢測(cè)的 馬赫曾德干涉儀型光纖傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 光的軌道角動(dòng)量模式是一種具有螺旋相位面的傳播模式，軌道角動(dòng)量的階數(shù)可以 是任意整數(shù)，且不同階數(shù)軌道角動(dòng)量的光束之間相互正交，這種獨(dú)特的相位特性和拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)使其在基礎(chǔ)研宄和應(yīng)用研宄等領(lǐng)域備受關(guān)注。
[0003] 盡管光的軌道角動(dòng)量模式已經(jīng)被廣泛的研宄，但其在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用依然沒有相 關(guān)文獻(xiàn)，存在著技術(shù)空白。在通信領(lǐng)域，光的軌道角動(dòng)量模式被用于提高通信容量，能夠同 時(shí)傳輸多個(gè)軌道角動(dòng)量模式的新型光纖作為長(zhǎng)距離、大容量信息傳輸?shù)妮d體，近年來已經(jīng) 成為研宄熱點(diǎn)。這種新型光纖的研制使基于光束軌道角動(dòng)量的光纖傳感器成為一種可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明需要提供一 種基于光束軌道角動(dòng)量的光纖傳感器。
[0005] 一種基于光束軌道角動(dòng)量的光纖傳感器，包括激光器、光纖傳感單元、擴(kuò)束器及測(cè) 量單元，該光纖傳感單元、該擴(kuò)束器及該測(cè)量單元沿該激光器輸出的光的光路依次放置。
[0006] 該激光器用于輸出基模高斯光束。該光纖傳感單元用于將該基模高斯光束分成第 一光束及第二光束，將該第一光束調(diào)制成軌道角動(dòng)量光束，及利用該第二光束與該軌道角 動(dòng)量光束形成干涉光束并輸出該干涉光束至該擴(kuò)束器。該擴(kuò)束器用于對(duì)該干涉光束進(jìn)行擴(kuò) 大。該測(cè)量單元用于將經(jīng)過該擴(kuò)束器的該干涉光束分成第一子干涉光束及第二子干涉光 束，測(cè)量該第一子干涉光束對(duì)應(yīng)的第一光功率及該第二子干涉光束對(duì)應(yīng)的第二光功率并獲 得該第一光功率及該第二光功率的變化值。
[0007] 上述光纖傳感器中，光纖傳感單元將基模高斯光束分成兩束光后輸出干涉光束， 測(cè)量單元測(cè)量?jī)蓚€(gè)干涉光束的光功率變化值，在后續(xù)處理過程中，該光功率變化值可被用 于計(jì)算光程差的改變量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)傳感器的功能。
[0008] 在一些實(shí)施方式中，該光纖傳感單元包括光纖分束器、傳感光纖、液晶空間光調(diào)制 器、第一光纖準(zhǔn)直器、第二光纖準(zhǔn)直器、偏振片及第一分光棱鏡。該光纖分束器用于將該基 模高斯光束分成該第一光束及該第二光束，該第一光束依次經(jīng)過該第一光纖準(zhǔn)直器、該偏 振片及該第一分光棱鏡進(jìn)入該液晶空間光調(diào)制器，該液晶空間光調(diào)制器用于將該第一光束 調(diào)制成該軌道角動(dòng)量光束并傳送至該第一分光棱鏡。該傳感光纖連接該光纖分束器及該第 二光纖準(zhǔn)直器，并用于將該第二光束傳送至該第二光纖準(zhǔn)直器，該第二光纖準(zhǔn)直器用于將 該第二光束傳送至該第一分光棱鏡。該第一分光棱鏡用于將該軌道角動(dòng)量光束及該第二光 束形成該干涉光束并輸出該干涉光束至該擴(kuò)束器。
[0009] 在一些實(shí)施方式中，該光纖傳感單元包括光纖分束器、傳感光纖、液晶空間光調(diào)制 器、第一光纖準(zhǔn)直器、第二光纖準(zhǔn)直器、偏振片及第一分光棱鏡。
[0010] 該光纖分束器用于將該基模高斯光束分成該第一光束及該第二光束，該第一光束 依次經(jīng)過該第一光纖準(zhǔn)直器及該偏振片進(jìn)入該液晶空間光調(diào)制器，該液晶空間光調(diào)制器用 于將該第一光束調(diào)制成該軌道角動(dòng)量光束并傳送至該第一分光棱鏡。該傳感光纖連接該光 纖分束器及該第二光纖準(zhǔn)直器，并用于將該第二光束傳送至該第二光纖準(zhǔn)直器，該第二光 纖準(zhǔn)直器用于將該第二光束傳送至該第一分光棱鏡。該第一分光棱鏡用于將該軌道角動(dòng)量 光束及該第二光束形成該干涉光束并輸出該干涉光束至該擴(kuò)束器。
[0011] 在一些實(shí)施方式中，該光纖傳感單元包括光纖分束器、傳感光纖、液晶空間光調(diào)制 器、第一光纖準(zhǔn)直器、第二光纖準(zhǔn)直器、第三光纖準(zhǔn)直器、第四光纖準(zhǔn)直器、偏振片及第一分 光棱鏡。該光纖分束器用于將該基模高斯光束分成該第一光束及該第二光束，該第一光束 依次經(jīng)過該第一光纖準(zhǔn)直器及該偏振片進(jìn)入該液晶空間光調(diào)制器。
[0012] 該液晶空間光調(diào)制器用于將該第一光束調(diào)制成該軌道角動(dòng)量光束并將該軌道角 動(dòng)量光束傳送至該第三光纖準(zhǔn)直器。該第三光纖準(zhǔn)直器連接該傳感光纖，并用于將該軌道 角動(dòng)量光束耦合至該傳感光纖。該傳感光纖連接該第三光纖準(zhǔn)直器及該第四光纖準(zhǔn)直器， 并用于將該軌道角動(dòng)量光束傳送至該第四光纖準(zhǔn)直器，該第四光纖準(zhǔn)直器用于將該軌道角 動(dòng)量光束傳送至該第一分光棱鏡。該第二光纖準(zhǔn)直器與該光纖分束器連接并用于將該第二 光束傳送至該第一分光棱鏡。該第一分光棱鏡用于將該軌道角動(dòng)量光束及該第二光束形成 該干涉光束并輸出該干涉光束至該擴(kuò)束器。
[0013] 在一些實(shí)施方式中，該液晶空間光調(diào)制器是反射式液晶空間光調(diào)制器。
[0014] 在一些實(shí)施方式中，該液晶空間光調(diào)制器是透射式液晶空間光調(diào)制器。
[0015] 在一些實(shí)施方式中，該測(cè)量單元包括第二分光棱鏡、第三分光棱鏡、第五光纖準(zhǔn)直 器、第六光纖準(zhǔn)直器、攝像裝置及光功率計(jì)。該第二分光棱鏡用于反射校正光至該攝像裝 置，并透射經(jīng)過該擴(kuò)束器的該干涉光束至該第三分光棱鏡。該攝像裝置用于利用該校正光 進(jìn)行成像以用于校正該第五光纖準(zhǔn)直器與該第六光纖準(zhǔn)直器的位置。該第三分光棱鏡用于 將經(jīng)過該擴(kuò)束器的該干涉光束分成該第一子干涉光束及該第二子干涉光束，并將該第一子 干涉光束透射至該第五光纖準(zhǔn)直器，及將該第二子干涉光束反射至該第六光纖準(zhǔn)直器。該 第五光纖準(zhǔn)直器用于將該第一子干涉光束傳送至該光功率計(jì)。該第六光纖準(zhǔn)直器用于將該 第二子干涉光束傳送至該光功率計(jì)。該光功率計(jì)用于測(cè)量該第一子干涉光束對(duì)應(yīng)的第一光 功率及該第二子干涉光束對(duì)應(yīng)的第二光功率并獲得該第一光功率及該第二光功率的變化 值。
[0016] 在一些實(shí)施方式中，該傳感光纖是軌道角動(dòng)量光纖，該軌道角動(dòng)量光纖從內(nèi)向外 依次包括：芯層，該芯層的材料為純石英、空氣或摻有共摻雜物的石英，該共摻雜物包括氟、 磷化合物中的一種；設(shè)置在該芯層周圍且摻有共摻雜劑的環(huán)形區(qū)域，該共摻雜劑包括鍺； 以及設(shè)置在該環(huán)形區(qū)域周圍的包層。
[0017] 在一些實(shí)施方式中，該芯層的直徑為500nm~6000nm，該環(huán)形區(qū)域的厚度為 500nm ~⑶OOnm。
[0018] 在一些實(shí)施方式中，該第五光纖準(zhǔn)直器和該第六光纖準(zhǔn)直器的位置相對(duì)于經(jīng)過該 擴(kuò)束器的該干涉光束在同一個(gè)圓周上，且第五光纖準(zhǔn)直器和第六光纖準(zhǔn)直器相對(duì)于該圓周 圓心的夾角滿足'其中η是正整數(shù)，L是該軌道角動(dòng)量光束的階數(shù)且為 整數(shù)。
[0019] 在一些實(shí)施方式中，該傳感光纖是標(biāo)準(zhǔn)單模光纖或多模光纖。
[0020] 本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0021] 本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施方式的描述中將 變得明顯和容易理解，其中：
[0022] 圖1是本發(fā)明較佳實(shí)施方式的光纖傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖2是本發(fā)明較佳實(shí)施方式的光纖傳感器的干涉圖像示意圖；
[0024] 圖3是本發(fā)明較佳實(shí)施方式的光纖傳感器的光功率與光程差變化量的關(guān)系示意 圖；
[0025] 圖4是本發(fā)明較佳