[發明專利]一種基于纖芯折射率調制線的多模干涉儀及其制備方法

在審

• 申請號: 201710516020.8
• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN107101575A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 舒學文;陳鵬程
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙)42224
• 代理人: 張英

技術領域

本發明屬于光纖傳感領域，特別是涉及一種基于纖芯折射率調制線的多模干涉儀及其制備方法。

背景技術

全光纖多模干涉儀傳感器具有結構簡單、尺寸小、重量輕、抗電磁干擾、耐化學腐蝕、靈敏度高、等優點，現已成為國內外研究的熱點，在航空航天、食品安全、空氣質量監測、火災預警、生物醫學等行業具有廣泛的應用前景。隨著多模干涉儀應用領域的日漸擴展，現有技術對多模干涉儀傳感器的各種制作方法也進行了相應的各種研究。目前，全光纖多模干涉儀的制作方法主要有：

(1)基于普通單模光纖與其它各種不同種類的特種光纖熔接，如多模光纖、光子晶體光纖、空心光纖、細芯光纖等。然而此方法需要將各分立的光纖熔接通過熔接手段拼接起來，但是按照上述方法制作的多模干涉儀，熔接位置容易斷裂以及手動操作出現的可重復性差等問題，并且上述的制作方式中涉及的都是特種光纖，這種焊接方式所造成的斷裂造成制備中的特種光纖的浪費，無形中增加了器件的制造成本。

(2)光纖拉錐，通過拉錐的方法將光纖的某一段或多段的直徑變小，從而是光在通過錐區時產生模式失配。拉錐工藝避免了元件組裝拼接過程，然而錐區部分十分脆弱，魯棒性差，易受外界擾動和使用壽命短，并且是利用的倏逝場的效應，容易發生光能量的泄露并且在傳感器的應用中極易受到其它噪聲類型的干擾。

近年來，隨著激光加工技術的不斷成熟，基于激光加工的光纖結構得到了迅速的發展，極大地推動了各種新型光纖結構的應用及制備的發展。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于纖芯負折射率調制線的多模干涉儀及其制備方法，上述多模干涉儀具有結構簡單、制作簡便、穩定性強、抗惡劣環境干擾、加工周期短的特點，不僅結構緊湊，易于實現，而且實現了更高的靈敏度，在環境檢測、生化傳感等方面具有極大的應用前景。

為實現上述目的，按照本發明，提供一種基于纖芯負折射率調制線的多模干涉儀，其特征在于，所述多模干涉儀包括光纖，在所述光纖上具有基于纖芯的負調制波線，所述負調制線由激光器沿著所述光纖軸向方向沿線輻射形成，所述纖芯在所述激光器的輻射下發生折射率的改變。

進一步地，所述光纖為單模光纖。

進一步地，所述激光器為飛秒激光器。

進一步地，所述飛秒激光器的重復頻率為200千赫茲(kHz)，脈沖寬度為350飛秒(fs)。

本發明還公開了一種基于纖芯折射率調制線的多模干涉儀的制作方法，其特征在于，包括如下步驟：

將所述光纖置于運動平臺上，使所述光纖的軸向垂直于激光光束的入射方向；

調整所述光纖的位置，使激光光束聚集于所述光纖的中心，沿所述光纖的軸向移動所述運動平臺使所述光纖沿著所述軸向以一定速率平移運動；

控制所述運動平臺的駐停后打開所述激光光束曝光在所述光纖的纖芯，以上述方式操作多次，形成所述折射率調制線。

進一步地，所述激光光束曝光是通過控制所述激光光束的脈沖能量和焦點位置。

進一步地，所述激光器為飛秒激光器。

進一步地，所述光纖為單模光纖。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，具有以下有益效果：

1)通過控制激光的脈沖能量和焦點位置，只在設定部分纖芯區域引起折射率的變化，而不損傷光纖，保證了光纖的完整性，提高了干涉儀抗外界惡劣環境干擾的能力和魯棒性；并且采用激光加工技術的重復性好，精度高，成本低和可控性好；

2)加工周期短，實驗所用時間一般<1分鐘，極大地提高了器件的制作效率；

3)按照本發明的方法所制備出的多模干涉儀，不受光纖特性的影響，可以在各種類型的光纖上使用；

4)本發明的器件結構簡單，結構緊湊，性能穩定，靈活性高；并且本發明的多模干涉儀結構在折射率的性能上，與現有技術中的去除絕大部分光纖包層或者拉錐處理后的光纖多模干涉儀相比，靈敏度具有顯著的提高，靈敏度提高了1-2個數量級。

附圖說明

圖1為按照本發明制作的一種新型的基于光纖纖芯折射率調制線的多模干涉儀的結構圖；

圖2為按照本發明利用激光器制作的基于光纖纖芯折射率多模干涉儀的示意圖；

圖3為按照本發明的制備方法所制備出的2.5mm的折射率調制線的多模干涉儀的光譜透射圖；

圖4為按照本發明的制備方法所制備出的5mm的折射率調制線的多模干涉儀的光譜透射圖；