[發(fā)明專利]基于少模光纖的多通道干涉儀

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111187434.3
• 申請(qǐng)日: 2021-10-12
• 公開（公告）號(hào): CN113984096A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 苑立波;王洪業(yè)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D5/353
• 分類號(hào): G01D5/353;G02B6/26;G02B6/255
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供的是一種基于少模光纖的多通道干涉儀。它由入射光纖、耦合器A、光開關(guān)陣列、光子燈籠A、少模光纖、光子燈籠B、耦合器B、出射光纖組成。入射光纖一端與光源相連，另一端與耦合器A連接，耦合器A輸出的光傳輸經(jīng)光開關(guān)陣列后傳輸至光子燈籠A，光子燈籠激發(fā)少模光纖的不同模式，經(jīng)少模光纖傳輸至光子燈籠B，光子燈籠B輸出的光在耦合器B處發(fā)生干涉，最后經(jīng)出射光纖傳輸至光譜儀。本發(fā)明可用于少模光纖中任意兩個(gè)或多個(gè)模式的干涉，具有結(jié)構(gòu)緊湊、制備簡單、損耗小、靈活度高等特點(diǎn)?？蓮V泛用于光纖傳感領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種基于少模光纖的多通道干涉儀，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光纖在光學(xué)領(lǐng)域最早用來傳光和傳像。自上個(gè)世紀(jì)70年代低損耗光纖生產(chǎn)出來以后，光纖在通信領(lǐng)域得到快速的發(fā)展。光在光纖中傳輸時(shí)，光波的特征參量(波長、振幅、相位、偏振態(tài)等)受到外界因素(如壓力、溫度、應(yīng)變、扭轉(zhuǎn)等)的作用會(huì)發(fā)生變化，因此，光纖不僅可用來作為傳輸介質(zhì)，也可以用作傳感元件來實(shí)現(xiàn)對(duì)各種物理量的探測，這就是光纖傳感器的基本原理。

根據(jù)光纖中的光被調(diào)制的機(jī)理不同，光纖傳感器主要分為強(qiáng)度調(diào)制型、相位調(diào)制型、偏振態(tài)調(diào)制型和波長調(diào)制型光纖傳感器。相位調(diào)制型傳感器中傳輸光的相位被調(diào)制，通過檢測光信號(hào)的相位變化來實(shí)現(xiàn)對(duì)待測參量的測量，多數(shù)情況下，相位的檢測是通過干涉儀實(shí)現(xiàn)的。

與使用分立元件搭建的傳統(tǒng)光學(xué)干涉儀相比，光纖干涉儀更容易實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直，且封閉的光路減少了外界干擾，同時(shí)通過控制光纖的長度可以提高干涉儀的靈敏度?；陔p臂干涉原理的單模光纖干涉儀應(yīng)用較為廣泛，其具有較高的靈敏度，但存在嚴(yán)重的光相位漂移，易受到環(huán)境因素的干擾。相比于單模光纖雙臂傳感器，基于模間干涉的傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、抗噪聲能力強(qiáng)、靈敏度高等獨(dú)特優(yōu)勢。因此，基于模間干涉的干涉儀近年來得到了廣泛的關(guān)注。

在申請(qǐng)?zhí)枮?017104887380的專利中提出了一種基于模間干涉的應(yīng)變傳感器，其在少模光纖兩端各連接一段單模光纖，并在兩個(gè)熔接處制備粗錐，兩個(gè)粗錐大小不同。兩個(gè)大小不同的粗錐起到耦合作用，粗錐之間的少模光纖起到傳感臂的作用。光從入射單模光纖進(jìn)入，通過第一個(gè)粗錐結(jié)構(gòu)時(shí),一部分光進(jìn)入少模光纖的纖芯以基模傳輸,一部分進(jìn)入到少模光纖的包層,激發(fā)包層中的高階模式傳輸；在經(jīng)過第二個(gè)粗錐結(jié)構(gòu)時(shí)，少模光纖纖芯中傳輸?shù)幕：桶鼘又袀鬏數(shù)母唠A模重新耦合至出射單模光纖的纖芯。由于基模和高階模的折射率不同,光經(jīng)過一定長度的少模光纖時(shí)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的光程差,產(chǎn)生干涉,形成馬赫-曾德爾干涉儀。但此種方法制成的干涉儀存在激發(fā)模式難以控制，各模式功率大小不等、損耗較大等問題。

為解決上述問題，申請(qǐng)?zhí)枮?020106893015的專利提出一種花生結(jié)構(gòu)的模間干涉儀。此發(fā)明中，兩熔接點(diǎn)處的結(jié)構(gòu)為花生結(jié)構(gòu)，主要是采用電弧放電熔接的方式，將單模光纖的輸出端熔融成橢球形，并與少模光纖的輸入端熔融的橢球形相熔接構(gòu)成花生結(jié)構(gòu)。在第一花生結(jié)構(gòu)中，第一熔接點(diǎn)熔接面積的不同,使得少模光纖中被激發(fā)的包層模式的數(shù)目不同,通過控制熔接點(diǎn)的熔接面積，能使得熔接過程中分配到所述第一少模光纖中纖芯和包層的光強(qiáng)相對(duì)平均；在第二花生結(jié)構(gòu)中使得少模光纖中纖芯和包層中的光耦合到單模光纖的纖芯中發(fā)生干涉。此種方法改善了模式間的功率分配，但仍存在激發(fā)模式難以控制、損耗較大的問題。

隨著研究的深入，理論和實(shí)驗(yàn)均證明，在光纖中傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)越少，其干涉場的形狀就越簡單，有利于傳感器的簡易化和實(shí)用化。為此，本發(fā)明提出了一種基于少模光纖的多通道干涉儀，可以實(shí)現(xiàn)少模光纖纖芯內(nèi)任意兩個(gè)或多個(gè)模式的干涉。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、操作容易、靈活度高、低損耗的基于少模光纖的多通道干涉儀。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：