[發明專利]一種基于實芯光子晶體光纖的法布里-珀羅干涉傳感器及其制作方法

有效

• 申請號: 201110103949.0
• 申請日: 2011-04-26
• 公開（公告）號: CN102261924A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發明（設計）人: 王婷婷;柯煒;葛益嫻
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26;G02B6/255
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李紀昌

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，具體涉及到基于實芯光子晶體光纖的非本征型光纖法布里-珀羅干涉傳感器及其制作方法。

背景技術

光纖法布里-珀羅（F-P）干涉傳感器，憑借其抗電磁干擾能力強、精度高、穩定性好可靠性好、分辨率高等優勢,在應變、壓力、振動、加速度、溫度、折射率測量等領域得到廣泛應用。非本征型光纖法珀干涉傳感器是應用最為廣泛的一種光纖法珀干涉儀，其干涉腔由空氣或其它非光纖的固體介質（如中空的石英玻璃管）構成，光纖僅起到光傳輸介質的作用。它不僅具有光纖傳感器的所有優點，而且能克服本征型光纖法珀傳感器對各方向應變敏感和受溫度影響較大的缺點。目前非本征型光纖法珀干涉傳感器有多種制作方法:?在毛細管中對接兩根光纖,?兩端面形成F-P腔,?該方法制作簡單,但腔長難以精確控制;通過熔接多層單模光纖和多模光纖制成的F-P傳感器,方法也很簡單,但是多層光纖膜結構形成的多重F-P干涉,會影響信號的解調;?直接用多模光纖腐蝕出凹腔,?然后熔接到單模光纖上形成F-P腔，該方法腔長難以精確控制；用飛秒激光器在單模光纖上刻腔制作F-P腔,具有很好的效率和精度,但是加工系統的成本較高，且由于刻腔造成應力集中影響了機械性能；在兩根單模光纖中間熔接一段空心光纖或空芯光子晶體光纖形成F-P腔，但是制作工藝復雜、機械強度低并且需要專門的切割程序來控制腔長，這些缺點影響了干涉儀的性能和魯棒性。由于非本征型光纖法珀干涉傳感器的衍射損耗，要獲得高精細度和高對比度必須嚴格限制法珀腔的腔長（一般小于10μm）或采用復雜工藝制作成平-凹或凹-凹腔結構。所以上述傳統方法制作的一般都是低精細度的EFPI或菲索干涉儀。這種干涉儀光源利用效率低，探測信號弱，在利用波長解調時測量精度低。

專利號200710078515.3“基于空芯光子晶體光纖的法-珀干涉傳感器及其制作方法”中利用一根空芯光子晶體光纖和兩根單模光纖構成法-珀干涉傳感器。但是制作工藝復雜，不適合批量生產。

專利號200710179458.8“微透鏡光纖法布里-珀羅干涉儀”中，利用兩根端面鍍高反射模的光纖，其中一個或兩個鍍膜光纖端面上制作有微透鏡，鍍膜光纖端面相互對準、平行構成法-珀干涉儀。

實芯光子晶體光纖（Photonic?Crystal?Fiber,?PCF）又稱折射率引導型光子晶體光纖,?通常由純SiO₂制作而成，其包層存在周期性排列的空氣孔。由于實芯光子晶體光纖具有獨特的光學特性:如極寬單模傳輸、高非線性、大模場面積、可控色散等，已被廣泛的用于溫度、應變、微彎、折射率等的傳感測量。2009年Joel?Villatoro報道了利用實芯PCF制作的球形空氣腔F-P干涉儀，腔長20μm到50μm，具有低溫度靈敏度和高機械強度。但是由于球形腔中的較高衍射損耗，F-P干涉條紋接近雙光束干涉條紋，條紋對比度只有8-12dB，精細度也只有5。因此這種干涉儀制成的傳感器測量信號弱，在利用波長解調時測量精度低，不適用于大容量、準分布式的傳感系統。

為了克服上述非本征型光纖法珀干涉傳感器存在的缺點,?制作高精細度、高對比度的非本征型光纖法珀干涉傳感器，本專利提出了一種新穎的基于實芯光子晶體光纖的微小型非本征型光纖法布里-珀羅干涉傳感結構。

發明內容

發明目的

本發明的目的在于提供了一種新型的非本征型光纖法布里-珀羅干涉傳感器及其制作方法；該傳感器由實芯光子晶體光纖與普通單模光纖用光纖熔接機熔接，適當的熔接參數使得光子晶體光纖中的空氣孔塌陷，兩根光纖間的空氣腔形成微橢球型光纖法布里-珀羅干涉腔。

技術方案

一種基于實芯光子晶體光纖的法布里-珀羅干涉傳感器，該傳感器由一根普通通信單模光纖和一根實芯光子晶體光纖構成，兩者的一端用光纖熔接機熔接連接，使得光子晶體光纖中的空氣孔塌陷，兩根光纖間的空氣腔形成微型光纖法布里-珀羅干涉腔，光子晶體光纖和單模光纖的兩個端面即空氣腔的前后表面為微型法布里-珀羅干涉腔的兩個反射面，其干涉腔為橢球腔，腔長8μm-20μm，反射凹面曲率半徑和腔長接近相等。

作為一種優化方式所述的普通通信單模光纖為SMF，實芯光子晶體光纖為SM-7.0。

作為進一步優化方式所述的法布里-珀羅干涉傳感器的帶寬為2.1nm，精細度為47，對比度為30dB。

一種基于實芯光子晶體光纖的法布里-珀羅干涉傳感器的制作方法，其特征在于：該方法包括以

下步驟：