基于保偏光纖的雙參量光纖傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于保偏光纖的雙參量光纖 傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在傳感技術(shù)領(lǐng)域中，光纖傳感技術(shù)的發(fā)展最為迅速，引領(lǐng)著新一代傳感器的發(fā)展 方向。光纖傳感器具有諸多獨特的優(yōu)勢，如結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、高靈敏度、抗電磁干擾、便 于組網(wǎng)等。近年來已有溫度傳感器、應(yīng)變傳感器、折射率傳感器和濕度傳感器等種類的光纖 傳感器投入使用。
[0003] 溫度和折射率在工業(yè)測量中至關(guān)重要，也是光纖傳感領(lǐng)域中的研宄熱點，由于光 纖本身對溫度和折射率同時敏感，這就會造成交叉敏感的問題，使得在具體應(yīng)用時人們無 法對兩者的具體影響加以區(qū)分，交叉敏感問題在一定程度上制約了光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用推 廣。而在實驗中，為了避免外界參量的影響，通常利用級聯(lián)光纖光柵來實現(xiàn)對溫度或折射率 的精確測量，但是此方法成本較高。專利號為201310416623. 2的中國發(fā)明專利，公開了一 種"基于多模結(jié)構(gòu)的光纖傳感器"，它采用多模光纖作為傳感區(qū)域，但因多模光纖的纖芯和 包層內(nèi)存在多種模式，入射光進入多模光纖后，會激發(fā)起多種模式，容易引起模式串擾，從 而降低了測量數(shù)據(jù)的精度。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的以上問題，本實用新型提供了一種基于保偏光纖的雙參 量光纖傳感器，該光纖傳感器以保偏光纖作為傳感區(qū)域，整體結(jié)構(gòu)簡單且容易制作，輸出信 號中存在快軸-包層和慢軸-包層兩類模式的干涉峰，根據(jù)其對溫度和折射率的不同敏感 性，可以實現(xiàn)對溫度和折射率的同時測量。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案如下：
[0006] 一種基于保偏光纖的雙參量光纖傳感器，所述光纖傳感器包括寬帶光源、頻譜分 析儀和光纖傳感結(jié)構(gòu)，所述光纖傳感結(jié)構(gòu)包括依次連接的輸入端單模光纖、第一多模光纖、 保偏光纖、第二多模光纖、輸出端單模光纖，所述第一多模光纖和第二多模光纖作為模式耦 合器，所述保偏光纖作為傳感區(qū)域，所述寬帶光源與所述輸入端單模光纖連接，所述頻譜分 析儀與所述輸出端單模光纖連接。
[0007] 作為限定，作為模式耦合器的第一多模光纖和第二多模光纖芯徑相同，作為傳感 區(qū)域的保偏光纖的芯徑大于所述第一多模光纖和第二多模光纖的芯徑。
[0008] 作為另一種限定，作為模式耦合器的第一多模光纖和第二多模光纖長度相同，作 為傳感區(qū)域的保偏光纖的長度大于所述第一多模光纖和第二多模光纖的長度。
[0009] 作為進一步的限定，所述的第一多模光纖和第二多模光纖芯徑為105 μ m，長度 5mm，保偏光纖芯徑為7. 9nm，長度30mm。
[0010] 由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，所取得的技術(shù)進步在 于： toon] (1)本實用新型采用保偏光纖作為傳感區(qū)域，而保偏光纖的纖芯內(nèi)只有快軸和慢 軸兩種模式，不易引起模式串擾，測量數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定準確，提高了光纖傳感器的測量精度。
[0012] (2)本實用新型的靈敏度較高，其溫度靈敏度分別為0. 0883nm/°C和0. 1712nm/°C， 折射率靈敏度達到ll〇nm/RIU以上。
[0013] (3)本實用新型的輸出信號包含快軸-包層和慢軸-包層兩種模式的干涉峰，且兩 種模式的干涉峰對溫度和折射率的敏感性不同，根據(jù)傳輸譜圖中干涉峰波長的漂移量，由 敏感矩陣方程，可分別得知該傳感器的溫度和折射率的量值，從而實現(xiàn)了雙參量的同時測 量，解決了光纖傳感器中存在的溫度和折射率交叉敏感問題。
[0014] (4)本實用新型體積小，結(jié)構(gòu)簡單，兩段多模光纖的長度相同，在制作時更加容易， 并且兩段多模光纖的芯徑也一樣，只需要一種型號的多模光纖即可，從而降低了成本，而且 不同芯徑的光纖只需要按照一定比例熔接即可。
[0015] 綜上所述，本實用新型的基于保偏光纖的雙參量光纖傳感器，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易引起 模式串擾，靈敏度高，并且制作成本低，可廣泛應(yīng)用于國防、工業(yè)生產(chǎn)以及民用領(lǐng)域、生物化 學等傳感領(lǐng)域。
[0016] 下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
【附圖說明】
[0017] 圖1為該光纖傳感器干涉原理示意圖；
[0018] 圖2為該光纖傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖3為該光纖傳感器的輸出信號譜。
[0020] 圖中：1.輸入端單模光纖；2.第一多模光纖；3.保偏光纖；4.第二多模光纖； 5.輸出端單模光纖。
【具體實施方式】
[0021] 實施例基于保偏光纖的雙參量光纖傳感器
[0022] 本實施例為一種基于保偏光纖的雙參量光纖傳感器，如圖1、圖2所不，該光纖傳 感器包括寬帶光源、光纖傳感結(jié)構(gòu)、頻譜分析儀。光纖傳感結(jié)構(gòu)采用多模-保偏-多模光纖 的結(jié)構(gòu)，包括有輸入端單模光纖1，第一多模光纖2、保偏光纖3、第二多模光纖4、輸出端單 模光纖5。寬帶光源與輸入端單模光纖1連接，光譜分析儀與輸出端單模光纖5連接。
[0023] 第一多模光纖2和第二多模光纖4作為光纖傳感結(jié)構(gòu)的模式耦合器，它們均為多 模光纖。多模光纖的芯徑范圍一般選取為65~110 μπι，實驗證明，多模光纖的長度范圍在 l~8mm時，多模光纖可起到模式耦合的作用。本實施例中第一多模光纖2和第二多模光纖4 芯徑均為105 μ m，長度均為5mm。
[0024] 保偏光纖3作為傳感區(qū)域。通常這類光纖的芯徑范圍為7~9nm，長度為20~40mm (遠遠大于多模光纖的長度)。本實施例中保偏光纖3芯徑為7. 9nm，長度30mm。
[0025] 輸入端單模光纖1和輸出端單模光纖5均采用標準單模光纖。
[0026] 本實施例在同時對溫度和折射率進行傳感時的光路傳輸為：寬帶光源的光經(jīng)輸入 端單模光纖1進入到第一多模光纖2,使入射的單模光激發(fā)出各階高階模式的光，引起光場 的重新分布，繼而將光耦合到保偏光纖3,由于纖芯失配，激勵起保偏光纖3中包層的各種 高階模式，而保偏光纖3的纖芯內(nèi)只有快軸和慢軸兩種模式，由于傳輸模式折射率不同，包 層模和纖芯模的光在傳輸相同距離后，會產(chǎn)生相位差，滿足相位匹配條件的模式發(fā)生干涉， 第二多模光纖4作為模式耦合器，干涉信號經(jīng)第二多模光纖4耦合到輸出端單模光纖5中 進行輸出，輸出的信號包括快軸-包層和慢軸-包層兩類模式的干涉峰，快軸-包層干涉峰 和慢軸-包層干涉峰對溫度和折射率的靈敏度存在差異，利用這種差異，可實現(xiàn)對這兩個 參量的同時測量。根據(jù)光譜分析儀可以觀測該光纖傳感器的傳輸譜圖，調(diào)節(jié)頻譜觀測范圍， 可觀測到慢軸-包層干涉峰Dipl和快軸-包層干涉峰Dip2,如圖3所示。
[0027] 在測量本光纖傳感器參量(溫度或折射率）的靈敏度時，改變參量(溫度或折射率） 的數(shù)值，通過頻譜儀觀測慢軸-包層干涉峰和快軸-包層干涉峰的波長漂移量，對記錄的干 涉峰波長隨參量(溫度或折射率）變化的漂移量進行線性擬合處理，得到該光纖傳感器參量 (溫度或折射率）的傳感特性曲線圖，即可得到該光纖傳感器參量的靈敏度。該光纖傳感器 對溫度的靈敏度分別為〇.〇883nm/°C，0. 1712nm/°C，其折射率靈敏度達到100nm/RIU以上。
[0028] 在實際應(yīng)用中，已知本光纖傳感器的溫度和折射率的靈敏度，根據(jù)干涉峰波長的 漂移量，再結(jié)合敏感矩陣方程
【主權(quán)項】
1. 一種基于保偏光纖的雙參量光纖傳感器，所述光纖傳感器包括寬帶光源、頻譜分析 儀和光纖傳感結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述光纖傳感結(jié)構(gòu)包括依次連接的輸入端單模光纖（1)、 第一多模光纖（2 )、保偏光纖（3 )、第二多模光纖（4 )、輸出端單模光纖（5 )，所述第一多模光 纖（2)和第二多模光纖（4)作為模式耦合器，所述保偏光纖作為傳感區(qū)域，所述寬帶光源與 所述輸入端單模光纖（1)連接，所述頻譜分析儀與所述輸出端單模光纖（5)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于保偏光纖的雙參量光纖傳感器，其特征在于:第一多模 光纖（2)和第二多模光纖（4)芯徑相同；保偏光纖（3)的芯徑大于所述第一多模光纖（2) 和第二多模光纖（4)的芯徑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于保偏光纖的雙參量光纖傳感器，其特征在于:第一多模 光纖（2 )和第二多模光纖（4)長度相同，保偏光纖（3 )的長度大于所述第一多模光纖（2 )和 第二多模光纖（4)的長度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于保偏光纖的雙參量光纖傳感器，其特征在于:所述 的第一多模光纖（2)和第二多模光纖（4)芯徑為105 μπι，長度5mm，保偏光纖（3)芯徑為 7. 9nm，長度 30mm。
【專利摘要】一種基于保偏光纖的雙參量光纖傳感器，包括寬帶光源、頻譜分析儀和光纖傳感結(jié)構(gòu)，光纖傳感結(jié)構(gòu)包括依次連接的輸入端單模光纖、第一多模光纖、保偏光纖、第二多模光纖、輸出端單模光纖，第一多模光纖和第二多模光纖作為模式耦合器，保偏光纖作為傳感區(qū)域，寬帶光源與輸入端單模光纖連接，頻譜分析儀與輸出端單模光纖連接。本實用新型采用保偏光纖作為傳感區(qū)域，不易引起模式串擾，輸出信號中存在快軸-包層模式和慢軸-包層模式兩類模式的干涉峰，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，測試數(shù)據(jù)準確穩(wěn)定，同時靈敏度高，操作簡便，可實現(xiàn)對溫度和折射率的同時測量，解決了光纖傳感器的交叉敏感問題。本實用新型適用于國防、工業(yè)生產(chǎn)以及民用領(lǐng)域、生物化學等傳感領(lǐng)域。
【IPC分類】G01D21-02, G01D5-353
【公開號】CN204556023
【申請?zhí)枴緾N201520200074
【發(fā)明人】潘帥東
【申請人】潘帥東
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月3日