[發(fā)明專利]一種基于Mach-Zehnder干涉的光纖微位移傳感器及其制作方法

有效

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• 申請日: 2013-07-29
• 公開（公告）號: CN103411542A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設計）人: 周駿;陳金平;張琪;束磊;姜濤
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G02B6/255;G02B6/25
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 周玨

技術領域

本發(fā)明涉及一種光纖傳感技術，尤其是涉及一種基于Mach-Zehnder干涉的光纖微位移傳感器及其制作方法。

背景技術

光在光纖中傳輸時表征光波的特征參量(如振幅、相位、偏振態(tài)、波長等)因外界因素(如溫度、折射率、壓力、位移、振動、轉(zhuǎn)動等)的作用會直接或間接地發(fā)生變化，光纖傳感器就是一種利用這一基本原理來實現(xiàn)對外界的物理量進行探測的光纖傳感元件。與通常的光電傳感器相比，光纖傳感器具有重量輕、體積小、抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、靈敏度高且可遠距離操控的優(yōu)點，能夠在惡劣的環(huán)境中有效地進行傳感操作，安全可靠。因此，隨著光纖傳感技術的飛速發(fā)展，光纖傳感器件在水利水電、鐵路交通、航空航天、石油化工、采礦與船舶、建筑、生產(chǎn)自動化、數(shù)控機床等眾多領域獲得了廣泛的應用。

作為一種重要的光纖傳感器，光纖微位移傳感器是利用光波的特征參量對外界位移量的敏感變化進行精密測量的常用工具，可以實現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)控和精密機械的位移檢測等。目前，常用的光纖微位移傳感器有多種類型，如反射式強度調(diào)制型、布拉格光柵型、長周期光柵型、Fabry-Peort干涉型、Michelson干涉型和Mach-Zehnder干涉型等。其中，反射式強度調(diào)制型光纖微位移傳感器的傳感信號取決于發(fā)射光和接收光的強度，容易受外界環(huán)境的干擾；布拉格光柵型和長周期光柵型光纖微位移傳感器都以共振波長為傳感信號，排除了光強起伏的干擾，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，然而這兩種光纖微位移傳感器的制作需要精密的掩模板和昂貴的專業(yè)設備，不僅制作成本高，而且制作程序復雜；Fabry-Peort干涉型光纖微位移傳感器內(nèi)兩個光纖端面之間的空隙構(gòu)成微腔，該微腔的長度隨外界位移量的改變而變化，從而導致干涉輸出信號發(fā)生相應的改變，這種光纖微位移傳感器具有很高的靈敏度，然而由于兩個光纖端面需要精密對準，因此它對環(huán)境的穩(wěn)定性要求極高；Michelson干涉型光纖微位移傳感器需要在光纖端面鍍上反射膜，這一制作過程難度較大；現(xiàn)有的基于Mach-Zehnder的干涉型微位移傳感器是先將部分纖芯基模的光耦合到包層模，然后再把部分包層模的光耦合到纖芯基模，由于纖芯基模的光和包層模的光之間存在一定的光程差而形成干涉，從而根據(jù)形成的干涉光譜來測定外界微位移量，如錐形光纖、錯位熔接結(jié)、芯徑失配等模式耦合結(jié)構(gòu)的Mach-Zehnder干涉型微位移傳感器，然而上述幾種基于Mach-Zehnder的干涉型微位移傳感器的靈敏度相對較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單和高靈敏度的基于Mach-Zehnder干涉的光纖微位移傳感器及其相應的制作方法，且制作工藝簡單、成本低。

本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種基于Mach-Zehnder干涉的光纖微位移傳感器，由輸入單模光纖、第一微彎曲結(jié)構(gòu)光纖、傳導單模光纖、第二微彎曲結(jié)構(gòu)光纖和輸出單模光纖組成，光通過所述的輸入單模光纖的纖芯傳輸?shù)剿龅牡谝晃澢Y(jié)構(gòu)光纖中，光在所述的第一微彎曲結(jié)構(gòu)光纖中分成兩部分，一部分光保留在所述的第一微彎曲結(jié)構(gòu)光纖的纖芯中以纖芯基模傳播，另一部分光進入所述的第一微彎曲結(jié)構(gòu)光纖的包層中以包層模傳播，所述的第一微彎曲結(jié)構(gòu)光纖輸出的以纖芯基模傳播的光經(jīng)過所述的傳導單模光纖的纖芯傳輸?shù)剿龅牡诙澢Y(jié)構(gòu)光纖的纖芯中，所述的第一微彎曲結(jié)構(gòu)光纖輸出的以包層模傳播的光經(jīng)過所述的傳導單模光纖的包層傳輸?shù)剿龅牡诙澢Y(jié)構(gòu)光纖的包層中，且部分以包層模傳播的光被耦合到所述的第二微彎曲結(jié)構(gòu)光纖的纖芯中并與所述的第二微彎曲結(jié)構(gòu)光纖的纖芯中以纖芯基模傳播的光形成干涉光，所述的第二微彎曲結(jié)構(gòu)光纖輸出的干涉光再經(jīng)所述的輸出單模光纖輸出。

所述的輸入單模光纖、所述的第一微彎曲結(jié)構(gòu)光纖、所述的傳導單模光纖、所述的第二微彎曲結(jié)構(gòu)光纖和所述的輸出單模光纖均為通信單模光纖或者細徑單模光纖或者單模光子晶體光纖。

所述的第一微彎曲結(jié)構(gòu)光纖的兩端所在平面之間的垂直距離和所述的第二微彎曲結(jié)構(gòu)光纖的兩端所在平面之間的垂直距離均為620～845μm。

所述的第一微彎曲結(jié)構(gòu)光纖和所述的第二微彎曲結(jié)構(gòu)光纖的徑向偏移量均為43～116μm。

所述的第一微彎曲結(jié)構(gòu)光纖和所述的第二微彎曲結(jié)構(gòu)光纖的徑向偏移的方向均為任意。

所述的傳導單模光纖的長度為1～20mm。

一種所述的基于Mach-Zehnder干涉的光纖微位移傳感器的制作方法，包括以下步驟：