[發明專利]一種石墨烯膜光纖法珀諧振器及其激振/拾振檢測方法

有效

• 申請號: 201710235221.0
• 申請日: 2017-04-12
• 公開（公告）號: CN106908092B
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 李成;蘭天;余希彧;李雪;樊尚春
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01H9/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

1.一種石墨烯膜光纖法珀(Farbry-Perot,FP)諧振器，其特征在于：該諧振器的制作方法包括以下步驟：

步驟1.諧振器組件選型：選用石墨烯膜、插芯匹配套管、光纖插芯和單模光纖，所述的插芯匹配套管的底面為C型，所述的光纖插芯為氧化鋯陶瓷插芯，所述的石墨烯膜的形狀為梁式、圓形、方形或上述不同形狀的組合；

步驟2.對所述的光纖插芯端面進行超聲、丙酮、去離子水清洗；之后，將單模光纖的尾端用光纖切割刀切平，通過端面檢測儀或顯微鏡檢測光纖插芯端面和單模光纖尾端切平后端面的平整度；

步驟3.將所述的石墨烯膜轉移吸附至處理后的光纖插芯端面；

步驟4.將步驟3所述的吸附有石墨烯膜的光纖插芯與另一裸光纖插芯，分別從插芯匹配套管的兩端插入，其中，兩個光纖端面的距離相距在1mm左右；

步驟5.將端面處理過的單模光纖插入步驟4所述的裸光纖插芯，則由單模光纖端面和石墨烯膜構成法布里-珀羅干涉腔；

步驟6.可在光纖插芯尾端與單模光纖的連接處涂環氧樹脂或利用激光熔接進行固定，完成石墨烯膜諧振器的制作。

2.根據權利要求1所述的石墨烯膜光纖法珀諧振器，其特征在于：所述的石墨烯膜為單層、少層或多層石墨烯膜；所述的光纖插芯的端面為PC拋光端面，所述的單模光纖為帶單模尾纖的光纖接頭。

3.根據權利要求1所述的石墨烯膜光纖法珀諧振器，其特征在于：所述的插芯及其匹配套管可選用的材料包括SiO₂、ZrO₂陶瓷、玻璃和塑料。

4.根據權利要求1所述的石墨烯膜光纖法珀諧振器，其特征在于：所述的干涉腔可為傳統的封閉式，或非封閉式，所述的非封閉式干涉腔便于石墨烯膜兩側腔體與真空環境連通，降低空氣阻尼。

5.根據權利要求1所述的石墨烯膜光纖法珀諧振器，其特征在于：所述的干涉腔初始腔長的測量方法在于：利用寬帶光源、環行器、光譜儀和三維光纖微動平臺對單模光纖端面與石墨烯膜端面間干涉腔長進行檢測，并利用光信號相位解調中的雙峰法對干涉光譜信號的解調，則腔長L可表示為：

式中，λ₁，λ₂是干涉光譜的兩個相鄰的峰峰值或者最小值，即將多光束光干涉近似為雙光束光干涉，通過峰值對應波長計算腔長，取干涉對比度K為：

式中，I_max，I_min分別為對應腔長位置的最大光強和最小光強值，K值表征的是干涉場中干涉條紋亮暗的對比程度，通過計算K值接近于1的程度，分析干涉條紋性能，確定最佳干涉腔腔長。

6.一種光纖干涉激振或拾振檢測方法，其特征在于：該方法對權利要求1所述的石墨烯膜光纖FP諧振器進行激振/拾振檢測，所述的檢測裝置由DFB激光器、電光調制器、摻鉺光纖放大器、耦合器、環形器、光電探測器、鎖相放大器和帶通濾波器搭建而成；鎖相放大器輸出掃頻信號至電光調制器，調制后的激勵激光通過摻鉺光纖放大器放大，經耦合器、環形器加載至諧振器的石墨烯膜表面，以實現石墨烯膜的受迫簡諧振動，則時域內膜片的振動位移δ_m可表示為：

式中，A為膜片振動位移幅值；f為膜片振動頻率；為初始相位角；t表示時間；

該膜片的位移變化導致FP干涉腔的腔長也呈周期性改變，利用帶通濾波器濾去激勵激光，則獲取的檢測波長的反射信號I_r近似為：

式中，R₁和R₂分別為石墨烯膜和光纖端面的反射率，ξ為FP腔損耗，λ為入射光波長，I_i為入射光強度，將信號I_r通過光電探測器饋入鎖相放大器以提取石墨烯膜的振動頻率變化，實現對石墨烯膜光纖FP諧振器的激振或拾振。