[發明專利]S形光纖單錐干涉儀的制備方法

無效

• 申請號: 201110226382.6
• 申請日: 2011-08-09
• 公開（公告）號: CN102323643A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 于永森;孫洪波;楊睿;薛洋
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G02B6/255
• 分類號: G02B6/255;G01J3/28
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 張景林;劉喜生

技術領域

本發明屬于光纖干涉儀傳感器領域，具體涉及一種兩側拉力非同軸光纖熔融拉錐制備S形光纖單錐干涉儀的方法。

背景技術

錐形光纖是一種截面半徑沿軸向逐漸變小再恢復的光纖無源結構，通常采用光纖熔融拉錐或腐蝕的辦法得到。它是光纖通信及光纖傳感系統中重要的基本部件之一，可以用于光纖耦合器、波分復用器、光纖干涉儀等多種光學測量及傳感器件的制備。其中，利用錐形光纖制作的各類光纖干涉儀，如馬赫-曾德爾(MZ)干涉儀和邁克爾遜干涉儀，在光纖傳感方面已經得到了廣泛的應用，包括對應力、溫度和折射率等多種物理及生物化學參量的傳感測量。由于光纖干涉儀傳感器兼容于光纖通信系統且具有本質絕緣、不受電磁干擾、耐蝕性強、體積小和靈敏度高等諸多優點，是物聯網時代非常重要的一類傳感器件，具有非常好的應用前景。

目前，基于錐形光纖的干涉儀傳感器主要從設計特殊結構以簡化器件制備和提高傳感靈敏度兩方面進行研究。其中光纖馬赫-曾德爾干涉儀又比邁克爾遜干涉儀結構更為簡單，所以對它的研究制備較多，應用較廣。光纖MZ干涉儀屬于透射型干涉儀，其基本工作原理是入射光在一端將部分纖芯模能量轉移給包層模式，傳輸一段距離后，纖芯模和包層模將產生一定的相位差，到另一端后包層模能量再回傳到纖芯模，由于模式間相位差的存在，光能量在輸出端便能形成干涉效果，利用光譜分析儀可以檢測到輸出功率隨波長呈諧振的變化。而光纖錐的作用就是實現纖芯模和包層模之間的能量轉化，也稱為模式間的耦合。所以一種比較簡單的光纖MZ干涉儀結構是在去掉涂覆層的光纖上一定距離間(幾十毫米)拉制兩個光纖錐，起到對模式能量的一分一合作用，形成干涉效果。而兩錐之間的部分，由于存在包層模的傳輸，對環境比較敏感，所以可用于環境折射率的測量。此外，干涉儀對臂長的變化也比較靈敏，當光纖軸向被拉伸時輸出光譜也會發生變化，從而可以起到對應力的檢測。雖然雙錐型的光纖MZ干涉儀結構比較簡單，但折射率傳感靈敏度偏低，適用場合受限。為了提高其對環境折射率探測的靈敏度，人們在雙錐的基礎上研制了一種由三個光纖錐組成的三明治結構的MZ干涉儀。中間的光纖錐可以使更多的包層模能量與環境相互作用，起到增大對環境折射率檢測的靈敏度。不過這種改進的效果也比較有限，而且增加一個光纖錐使制備變得稍微復雜的同時也令器件長度進一步增加，不利于其集成化應用。

所以，如何簡化光纖MZ干涉儀結構并提高其傳感靈敏度成為其實用化道路上的一大挑戰。

發明內容

本發明的目的是提供一種制備S形光纖單錐干涉儀的方法，其特征在于：首先將去掉涂覆層的光纖放入光纖夾具固定，然后根據要制備的S形光纖單錐彎曲程度設定兩個光纖夾具的軸向偏移量為25μm～700μm，最后在速度為10μm/s～50μm/s條件下通過熔融加熱方式拉錐得到S形光纖單錐干涉儀。

本發明制備的S形光纖單錐干涉儀可獨立形成光纖馬赫-曾德爾干涉儀。本發明所述的光纖單錐由前后兩端的S形光纖彎曲(彎曲角度3°～30°)部分和中間的錐形(錐腰截面直徑30μm～80μm，光纖錐長400μm～10000μm)部分構成。其中，兩端的彎曲部分起到對纖芯模和包層模能量轉換的作用，而中間的錐形部分使包層模消逝場更多的進入環境，對環境的擾動更為敏感，因此能夠提高器件整體對環境折射率變化的靈敏度。這種S形光纖單錐干涉儀比現行公開的利用兩個或三個光纖錐制作的光纖MZ干涉儀在結構上更簡單、緊湊，而且在環境折射率傳感和軸向應力響應中具有更高的探測靈敏度，是一種結構簡單、制備方便、成本低廉、靈敏度高且易于集成化應用的新型器件。

以上方法中光纖夾具的軸向偏移量為25μm～700μm，可以是光纖兩端夾具在水平方向的偏移量為25μm～700μm、也可以是兩端夾具在垂直方向的偏移量為25μm～700μm，還可以是兩端夾具既在水平的偏移又在垂直方向的偏移量均為25μm～700μm。

以上方法中用于制備S形光纖單錐干涉儀的光纖可以是純石英光纖、摻雜石英光纖、氟化物玻璃光纖或光子晶體光纖，且既可以是單模光纖也可以是多模光纖。

制備S形光纖單錐干涉儀時，根據情況可以選擇不同的光纖加熱熔融方式，可以是電弧放電加熱(放電電流8mA～20mA，放電時間5s～30s)、火焰加熱(酒精燈400℃～500℃，氫氧焰2500℃～3000℃，時間范圍5s～30s)或激光加熱(CO₂激光器或YAG激光器，激光功率0.5W～5W，加熱時間5s～30s)，但不限于這些方法，只要能夠使光纖材料熔融易于拉錐即可。