[實用新型]一種基于花生形結構的馬赫曾德干涉儀的折射率傳感器

有效

• 申請號: 201420692398.5
• 申請日: 2014-11-17
• 公開（公告）號: CN204255859U
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 馬啟飛;倪凱;黃然;吳雪英
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型提供了一種基于花生形結構(Peanut-Shape?Structure)的馬赫曾德干涉儀(Mach-Zehnder?Interferometer)的折射率傳感器，屬于光纖傳感技術領域。

背景技術

馬赫曾德干涉儀廣泛應用于傳感領域中。它是運用雙光束干涉原理制作而成的。傳統的馬赫曾德干涉儀是由單色光激光器、兩個耦合器，兩根普通的單模光纖和光譜儀組成。由激光器發出的相干光，通過一個耦合器分別進入兩根長度相同的單模光纖中，一根光纖被放到測試環境中作為傳感器來感受某一物理量的變化，另一根光纖作為參考臂被固定好，然后通過另一個耦合器使得傳感臂和參考臂中的不同光程差的兩束光產生干涉，最后通過觀測光譜儀中干涉信號的變化來監測被測物理量的變化。

由于傳統的光纖馬赫曾德干涉儀的干涉臂是由兩根單模光纖組成的，并且要求兩個干涉臂應固定在相應的物理環境下，除了需要測量的物理量外不應受到如溫度、濕度等其他物理量的影響，同時該干涉儀中的兩個干涉臂長度要完全相同，稍有不同就會影響該干涉儀的測量精度。因此傳統的馬赫曾德干涉儀制作困難，穩定性較差。為了解決以上這些問題，一類新型的全光纖馬赫曾德干涉儀傳感器被提出來，這種干涉儀的干涉臂只有一根光纖。這種全光纖的馬赫曾德干涉儀具有靈敏度高、制作簡單、成本低、結構微小等優點。

基于花生形結構馬赫曾德干涉儀的折射率傳感器中的花生形結構使得包層與纖芯中的光發生干涉。當使用該傳感器對外界環境折射率進行測量時，每次改變折射率都會使干涉條紋發生漂移。這是由于包層模和纖芯模對折射率變化的響應程度不同，從而導致原來的光程差發生改變。在新的光程差下，干涉條紋就會有所改變。當折射率經過一系列的變化之后，就會在光譜儀上顯現出一系列的干涉條紋。在干涉條紋的某些特征位置，比如干涉峰或干涉谷，就可以看到極值所位于的波長發生漂移。通過監測干涉光譜的漂移量可以實現折射率測量。通過將該傳感器放在同一溫度環境下，消除溫度對測量結果的影響。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種基于花生形結構的馬赫曾德干涉儀的折射率傳感器。該裝置能夠將待測折射率的變化量轉化為探測信號的波長漂移量。具有結構簡單、成本低、結構微小、靈敏度高等特點。

本實用新型通過以下技術方案實現：

一種基于花生形結構的馬赫曾德干涉儀的折射率傳感器，由入射光纖(1)、第一個花生形結構(2)、連接光纖(3)、第二個花生形結構(4)、出射光纖(5)組成；第一個花生形結構(2)的兩端分別與入射光纖(1)和連接光纖(3)相連接，第二個花生形結構(4)的兩端分別與連接光纖(3)和出射光纖(5)相連接，兩個花生形結構(2)和(4)由一段連接光纖(3)連接；兩個花生形結構(2)和(4)和連接光纖(3)構成全光纖的馬赫曾德干涉儀。

所述的一種基于花生形結構的馬赫曾德干涉儀的折射率傳感器，其特征在于：入射光纖(1)、出射光纖(5)和連接光纖(3)均可采用G.652單模光纖，入射光纖(1)和出射光纖(5)長度為20～40cm，連接光纖(3)長度為25～35mm。

所述的一種基于花生形結構的馬赫曾德干涉儀的折射率傳感器，其特征在于：花生形結構(2)和(4)的光纖均可采用G.652單模光纖，長度為390～410um，花生形結構(2)和(4)的外層光纖直徑為200um～230um。

本實用新型的工作原理是：當帶寬光源發出的光經過入射光纖進入第一個花生形結構，包層模式被激發，一部分光將耦合進入包層，另一部分光將繼續沿著纖芯傳播，當到達第二個花生形結構時，在包層中傳播的光將與在纖芯中傳播的光發生干涉，最后經過傳出光纖到達光譜儀。由于包層與纖芯中存在相位差Φ，馬赫曾德干涉儀才可以用來測量外界的折射率。這里Φ可近似寫成

Φ≈2ΠΔneffLλ]]>