[發明專利]基于熱光效應的可調制型馬赫曾德干涉儀

在審

• 申請號: 201911040523.8
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN112747778A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 苑立波;王洪業
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G02F1/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供的是一種基于熱光效應的可調制型馬赫曾德干涉儀。光源1作為入射端通過單模光纖2?1與光纖錐3?1相連；偏雙芯光纖4?1、4?2之間焊接一段偏雙芯單孔光纖5，偏雙芯光纖兩端分別與光纖錐3?1、3?2連接，以此構成馬赫曾德干涉儀；光纖錐3?2的另一端連接至光譜儀7；偏雙芯單孔光纖的空氣孔中填充有高熱光系數的液體，放置在可控型電熱裝置6上，可控型電熱裝置上的電極陣列通過導線8與電源控制端9相連。本發明通過對電熱片施加電壓引起光纖中與空氣孔相近纖芯的有效折射率的變化，從而使兩纖芯產生光程差，實現輸出光的調制。本發明在光纖傳感領域有重要應用。

(一)技術領域

本發明涉及一種基于熱光效應的可調制型馬赫曾德干涉儀，具體涉及一種基于雙芯單孔光纖可調制型干涉儀的制作，屬于光纖傳感技術領域。

(二)背景技術

近年來，全光纖調制器引起了國內外研究者的廣泛關注,其以調諧范圍寬、調諧速度快、插入損耗小、結構簡單等優點,被應用于傳感器等領域。

光調制器是一類重要的器件，在整體光通信系統的發射、傳輸、接收過程中，光調制器被用于控制光的強度。使用光纖制作成的全光纖調制器普遍具有結構簡單、抗電磁干擾能力強、和與光纖通信系統具有良好的匹配性等優點，而通過對光纖結構進行優化設計，可以使全光纖調制器在插入損耗、消光比、光反射損耗等性能參數獲得提升。

隨著社會的發展，人們對調制精度和靈敏度要求的不斷提高，以及設備小型化、集成化的需求增大，相位調制型光纖器件成為人們研究的熱點。相位調制型光纖器件利用光的干涉實現信號的調制。目前主要的干涉方式有馬赫增德干涉、邁克爾遜干涉、法布里-珀羅干涉和薩格納克干涉等。例如，專利CN 108717237 A提出了一種基于石墨烯的電光調制器，通過對石墨烯施加電壓實現對輸出光的調制，但石墨烯成本較高，且需要對光纖外形進行加工，增加制作難度。專利CN 108535892 A提出了通過對光子晶體光纖的空氣孔內填充石墨烯來制作調制器，通過對石墨烯通電實現對輸出光的調制，但是對光子晶體光纖的空氣孔內填充石墨烯操作起來較為復雜，且成功率較低。因此為了克服上述技術上的困難，本發明提出了一種制作工藝簡單，調制靈敏性較高的調制型干涉儀。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種結構簡單緊湊，穩定性好，且調制靈活的基于熱光效應的可調制型馬赫曾德干涉儀。

為達到上述目的，本發明采用的方案是：

制作一種纖維集成馬赫曾德干涉儀及一種可控型電熱裝置。纖維集成馬赫曾德干涉儀依次包括單模光纖、光纖錐、雙芯光纖、孔內填充高熱光系數液體的雙芯單孔光纖、雙芯光纖、光纖錐、單模光纖，他們共同構成了纖維集成馬赫曾德干涉儀，所使用的雙芯光纖與雙芯帶孔光纖具有相同的纖芯距，使沿雙芯光纖的兩個纖芯傳輸的光在對芯焊接后可以沿雙芯單孔光纖的兩個纖芯繼續傳輸?？煽匦碗姛嵫b置包括刻蝕成特定形狀的基底、電熱片陣列、電極陣列、引線、導熱硅脂以及封裝外殼構成，并且電極通過引線與電源控制端連接。

本發明的工作原理：

當對電熱片施加電壓時，根據焦耳熱的公式

Q＝I²Rt

知，電熱片會在電流的作用下產生熱量，隨著時間的推移，電熱片釋放的焦耳熱逐漸增多，因此會引起電熱片溫度的變化。由于雙芯單孔光纖放置在電熱片上，因此隨著電熱片溫度的升高，雙芯單孔光纖的局部溫度會發生變化，由此引發熱光效應。

所謂熱光效應，是指光學介質的折射率隨著溫度的變化而發生變化的物理現象。熱光效應是材料本身所具有的一種光學性質，在變化的溫度場中，晶體、半導體材料、玻璃以及其它應用在不同的光器件和光學系統中的材料，其折射率會隨著溫度的變化而發生變化，介質的折射率與光纖中溫度分布的關系可近似表示成：

n(T)＝n(T₀)+C_t0(T-T₀)

其中C_t0是介質的熱光系數。