[發明專利]一種基于保偏光纖及FP腔的雙參量光纖傳感器

有效

• 申請號: 201910875655.6
• 申請日: 2019-09-17
• 公開（公告）號: CN110595515B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 夏歷;阮田甜
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01D5/26
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

1.一種基于保偏光纖及FP腔的雙參量光纖傳感器，其特征在于，包括寬帶光源、環形器、起偏器和級聯傳感單元，所述環形器的第一端口與寬帶光源連接，所述環形器的第二端口與所述起偏器的一端連接，所述起偏器的另一端與所述級聯傳感單元連接，所述環形器的第三端口輸出干涉信號；

所述起偏器將所述寬帶光源提供的光轉變為線偏振光，所述線偏振光經過級聯傳感單元分為不同偏振態的兩束線偏振光，分別產生偏振相關干涉和FP干涉，實現同時對外界應力和溫度的雙參量監測；

所述級聯傳感單元包括依次熔接的保偏光纖、第一單模光纖、空芯光纖和第二單模光纖，所述空芯光纖作為FP腔，所述第一單模光纖與所述空芯光纖之間的界面作為FP腔的第一反射面，所述空芯光纖與所述第二單模光纖之間的界面作為FP腔的第二反射面。

2.根據權利要求1所述的雙參量光纖傳感器，其特征在于，所述保偏光纖具有高雙折射效應，內部存在兩偏振軸，分別為快軸和慢軸，且方向垂直。

3.根據權利要求1所述的雙參量光纖傳感器，其特征在于，線偏振光經所述保偏光纖后分為兩束，沿不同軸傳輸產生相位差，所述兩束線偏振光在第一反射面處發生部分反射，其余光束射入空芯光纖，繼而在第二反射面處發生第二次部分反射，其余光束射入第二單模光纖，隨后輸入外界環境并被衰減；第一反射面的反射光和第二反射面的反射光之間存在相位差，兩者發生FP干涉后反射回保偏光纖中，隨后反射回起偏器。

4.根據權利要求3所述的雙參量光纖傳感器，其特征在于，所述第一反射面和第二反射面之間的FP干涉光強為：

其中I₁為第一反射面反射光強，I₂為第二反射面反射光強，n是FP腔內介質的折射率，L_FP是FP腔的長度。

5.根據權利要求4所述的雙參量光纖傳感器，其特征在于，所述FP腔的長度隨外界施加的軸向應力發生變化導致FP干涉譜發生漂移，根據FP干涉譜解調外界應力。

6.根據權利要求3所述的雙參量光纖傳感器，其特征在于，所述兩束線偏振光之間的相位差用公式表示為：

其中B為保偏光纖的雙折射系數，L和λ分別為保偏光纖的長度及操作波長；

所述保偏光纖的雙折射系數B隨外界溫度發生變化導致偏振相關干涉譜發生漂移，根據偏振相關干涉譜解調外界溫度。

7.根據權利要求3所述的雙參量光纖傳感器，其特征在于，所述起偏器與所述保偏光纖的轉軸熔接，使得起偏器輸出光偏振軸與保偏光纖兩偏振軸之間的角度為45°。

8.根據權利要求1所述的雙參量光纖傳感器，其特征在于，所述第二單模光纖尾端粗糙化，用于降低尾端反射光強。

9.根據權利要求1所述的雙參量光纖傳感器，其特征在于，所述環形器的第三端口連接光譜儀，所述光譜儀對級聯傳感單元傳遞的兩種疊加的干涉信號進行波長解調。