[發(fā)明專利]一種直接探測型全光纖旋轉(zhuǎn)多普勒測速儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010740432.1
• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN111948421B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王健;萬鎮(zhèn)宇;張文冠;鄭世杰
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G01P3/36
• 分類號: G01P3/36;G02B6/255;G02B6/27
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智

1.一種直接探測型全光纖旋轉(zhuǎn)多普勒測速儀，其特征在于，包括激光器，第一光纖，光纖模式轉(zhuǎn)換器，第二光纖，探頭，第三光纖，檢測裝置；

所述激光器用于輸出基模高斯光通過第一光纖輸送到所述光纖模式轉(zhuǎn)換器，所述光纖模式轉(zhuǎn)換器用于將基模高斯光轉(zhuǎn)換為光纖高階線偏振模式，所述第二光纖用于將光纖高階線偏振模式輸送到所述探頭，所述探頭用于對光纖高階線偏振模式準(zhǔn)直并將其作為探測光垂直照射旋轉(zhuǎn)待測物體，所述探頭還用于收集旋轉(zhuǎn)待測物體散射的信號光并將信號光耦合至所述第三光纖，所述第三光纖用于將信號光輸送到所述檢測裝置，所述檢測裝置用于對信號光進(jìn)行檢測與信號處理，計算出待測物體的旋轉(zhuǎn)速度，實現(xiàn)基于旋轉(zhuǎn)多普勒效應(yīng)的全光纖式的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動測量；

所述光纖模式轉(zhuǎn)換器采用非對稱耦合型、光纖光柵型或模式定向耦合型；

其中，所述非對稱耦合型，輸入端為單模光纖，輸出端為多模光纖，單模光纖與多模光纖采用端對端非對稱方式連接，通過偏振控制器對輸入端與輸出端的工作狀態(tài)調(diào)節(jié)，選擇性地激發(fā)光纖高階線偏振模式；

所述光纖光柵型，輸入端為單模光纖，輸出端為少模光纖，單模光纖與少模光纖采用對準(zhǔn)連接，通過少模光纖中的長周期光纖光柵將高斯基模轉(zhuǎn)換為光纖高階線偏振模式；

所述模式定向耦合型，輸入端為單模光纖，輸出端為少模光纖、多模光纖或環(huán)形光纖，通過光纖預(yù)拉錐匹配和兩根光纖同時拉錐熔接，將錐區(qū)中輸入端的高斯基模耦合到輸出端的高階線偏振模，通過偏振控制器對輸入端與輸出端的工作狀態(tài)調(diào)節(jié)，輸出光纖高階線偏振模式；采用的所述模式定向耦合型的光纖模式轉(zhuǎn)換器具有三個端口；其中，第一端口作為基模高斯光的輸入端，連接第一光纖；第二端口作為光纖高階線偏振模式的輸出端和信號光的輸入端，連接第二光纖；第三端口作為信號光的輸出端，連接第三光纖；第二端口、第三端口與第二光纖、第三光纖的光纖類型一致，均為少模光纖或多模光纖；所述第二光纖既傳輸光纖高階線偏振模式又傳輸信號光；所述探頭將第二光纖中的光纖高階線偏振模式準(zhǔn)直并發(fā)射作為探測光，同時所述探頭收集的信號光耦合回第二光纖，并沿第二光纖通過所述模式定向耦合型的光纖模式轉(zhuǎn)換器的第三端口傳輸至所述第三光纖。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接探測型全光纖旋轉(zhuǎn)多普勒測速儀，其特征在于，所述第二光纖，采用與所述模式轉(zhuǎn)換器輸出端同類型的光纖，或者采用支持高階線偏振模式的環(huán)形光纖，其與所述模式轉(zhuǎn)換器的輸出端焊接，濾除其他模式并輸出高純度的光纖高階線偏振模式。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接探測型全光纖旋轉(zhuǎn)多普勒測速儀，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)待測物體為宏觀的自旋粗糙表面、渦旋流體或微觀的旋轉(zhuǎn)微粒；探測光的光軸與所述旋轉(zhuǎn)待測物體的中心重合，且探測光光斑尺寸與所述旋轉(zhuǎn)待測物體的旋轉(zhuǎn)區(qū)域的尺寸匹配。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直接探測型全光纖旋轉(zhuǎn)多普勒測速儀，其特征在于，對于宏觀的自旋粗糙表面或渦旋流體的探測，采用透鏡組式探頭，輸出的準(zhǔn)直光為宏觀尺度；對于微觀的旋轉(zhuǎn)微粒，采用微球透鏡式探頭，其通過折射率匹配的膠對光纖端面與微球透鏡膠合，輸出的準(zhǔn)直光為微觀尺度。