[發明專利]基于少模光纖的多通道干涉儀

在審

• 申請號: 202111187434.3
• 申請日: 2021-10-12
• 公開（公告）號: CN113984096A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 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;G02B6/26;G02B6/255
• 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少模光纖的多通道干涉儀。它由入射光纖、耦合器A、光開關陣列、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輸出的光傳輸經光開關陣列后傳輸至光子燈籠A，光子燈籠激發少模光纖的不同模式，經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處發生干涉，最后經出射光纖傳輸至光譜儀。本發明可用于少模光纖中任意兩個或多個模式的干涉，具有結構緊湊、制備簡單、損耗小、靈活度高等特點。可廣泛用于光纖傳感領域。

技術領域

本發明涉及的是一種基于少模光纖的多通道干涉儀，屬于光纖傳感技術領域。

背景技術

光纖在光學領域最早用來傳光和傳像。自上個世紀70年代低損耗光纖生產出來以后，光纖在通信領域得到快速的發展。光在光纖中傳輸時，光波的特征參量(波長、振幅、相位、偏振態等)受到外界因素(如壓力、溫度、應變、扭轉等)的作用會發生變化，因此，光纖不僅可用來作為傳輸介質，也可以用作傳感元件來實現對各種物理量的探測，這就是光纖傳感器的基本原理。

根據光纖中的光被調制的機理不同，光纖傳感器主要分為強度調制型、相位調制型、偏振態調制型和波長調制型光纖傳感器。相位調制型傳感器中傳輸光的相位被調制，通過檢測光信號的相位變化來實現對待測參量的測量，多數情況下，相位的檢測是通過干涉儀實現的。

與使用分立元件搭建的傳統光學干涉儀相比，光纖干涉儀更容易實現準直，且封閉的光路減少了外界干擾，同時通過控制光纖的長度可以提高干涉儀的靈敏度。基于雙臂干涉原理的單模光纖干涉儀應用較為廣泛，其具有較高的靈敏度，但存在嚴重的光相位漂移，易受到環境因素的干擾。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構簡單、抗噪聲能力強、靈敏度高等獨特優勢。因此，基于模間干涉的干涉儀近年來得到了廣泛的關注。

在申請號為2017104887380的專利中提出了一種基于模間干涉的應變傳感器，其在少模光纖兩端各連接一段單模光纖，并在兩個熔接處制備粗錐，兩個粗錐大小不同。兩個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入，通過第一個粗錐結構時,一部分光進入少模光纖的纖芯以基模傳輸,一部分進入到少模光纖的包層,激發包層中的高階模式傳輸；在經過第二個粗錐結構時，少模光纖纖芯中傳輸的基模和包層中傳輸的高階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,光經過一定長度的少模光纖時會產生相應的光程差,產生干涉,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，申請號為2020106893015的專利提出一種花生結構的模間干涉儀。此發明中，兩熔接點處的結構為花生結構，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成花生結構。在第一花生結構中，第一熔接點熔接面積的不同,使得少模光纖中被激發的包層模式的數目不同,通過控制熔接點的熔接面積，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相對平均；在第二花生結構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生干涉。此種方法改善了模式間的功率分配，但仍存在激發模式難以控制、損耗較大的問題。

隨著研究的深入，理論和實驗均證明，在光纖中傳輸的模式數越少，其干涉場的形狀就越簡單，有利于傳感器的簡易化和實用化。為此，本發明提出了一種基于少模光纖的多通道干涉儀，可以實現少模光纖纖芯內任意兩個或多個模式的干涉。

發明內容

本發明的目的在于提供一種結構簡單緊湊、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。

本發明的目的是這樣實現的：