CN103808341A - 一种分布式微结构光纤传感器 - Google Patents

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Abstract

一种分布式微结构光纤传感器，主要解决现有光纤环境只能支持一个传感探头，只能测定一个外界变量等问题。它由ASE宽谱光源，光谱分析仪，入射光纤，接收光纤，50:50的2×2光纤耦合器A，50:50的2×2光纤耦合器B，干涉臂A，干涉臂B，出射光纤A，出射光纤B，折射率匹配液，光开关，若干段保偏光子晶体光纤以及与之相对应个数的银反射镜***。本发明实现了在不同时间片选择不同通道的传感探头，而不同的传感探头可以利用光子晶体光纤测量不同的物理参数，实现了多参数测量的功能。

Description

一种分布式微结构光纤传感器
技术领域
本发明涉及一种分布式微结构光纤传感器，属于光纤传感技术领域。
背景技术
光纤环镜由于其结构简单，体积较小，灵敏度高，一直是近几年来被广泛研究的传感结构。在普通单模光纤环镜的最初设计中，是采用单模光纤连接2×2单模光纤耦合器两个输出端口，构成一个光纤环。单模光纤在非挤压、弯曲、扭转的情况下，双折射效应可以忽略。因此，若不考虑单模光纤的双折射效应，并忽略诸如外界法拉第效应或陀螺旋转效应的影响，当使用分光比为K=0.5的3dB单模光纤耦合器时，这个理想的光纤环镜起到了“全反射镜”的作用，因此被称为“光纤环镜”。但是，任何单模光纤都不可能是完美的圆对称，即不可能没有双折射效应的存在。后来人们在单模光纤环镜中熔接一段高双折射光纤，开始利用双折射效应，基于光谱干涉现象来进行对外界物理量的检测，这种结构的优越性越来越突出，基于此结构的传感器也越来越多。但瑕疵依然存在，即单纯的光纤环镜的输出结果受挤压、弯曲、以及扭转等外界情况影响非常严重，甚至会导致输入的结果不正确，所以，这种结构实用性还远远不足。
长尾式光纤环镜是一种基于单模光纤环—长尾式高双折射的新型光纤环镜结构，由于其能够将传感器探头与光纤环镜部分独立开来，使光纤环镜传感结构在实际使用中更加方便，特别适合于长距离的参数测量。
长尾式光纤环镜的优势非常明显，在提出以后就得到了迅速发展，但是目前这种结构只能支持一个传感探头。
发明内容
本发明的目的是为了实现一个传感环镜单元能够同时测量多个外界变量，提供了一种分布式微结构光纤传感器，它的光开关能够实现对右侧的多个传感探头分时切换，以便达到同时测量若干个传感量的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种分布式微结构光纤传感器，包括ASE宽谱光源，光谱分析仪，入射光纤，接收光纤，50:50的2×2光纤耦合器A，50:50的2×2光纤耦合器B，干涉臂A，干涉臂B，出射光纤A，出射光纤B，折射率匹配液，光开关，若干段保偏光子晶体光纤以及与之相对应个数的银反射镜***。
所述ASE宽谱光源与入射光纤连接，光谱分析仪与接收光纤连接，50:50的2×2光纤耦合器A一端的两个端口分别与入射光纤、接收光纤连接，另一端的两个端口分别与干涉臂A、干涉臂B连接，50:50的2×2光纤耦合器B一端的两个端口分别与干涉臂A、干涉臂B连接，另一端的两个端口分别与出射光纤A、出射光纤B连接，出射光纤A伸入折射率匹配液中，出射光纤B与光开关连接，上述所有连接方式采用法兰连接。
所述若干段保偏光子晶体光纤一端与光开关之间通过单模光纤连接，另一端与之相对应个数的银反射镜***连接，银反射镜***直接黏贴到保偏光子晶体光纤端面。
所述入射光纤、接收光纤、50:50的2×2光纤耦合器A、50:50的2×2光纤耦合器B、干涉臂A、干涉臂B、出射光纤A及出射光纤B均为单模光纤，均可采用G.652、G.653或G.655单模光纤；入射光纤和接收光纤长度为20-40cm；干涉臂A、干涉臂B组成了一个光纤环镜，长度为10-20cm，出射光纤A和出射光纤B的长度为20-40cm。
所述ASE宽谱光源发出的光经过50:50的2×2光纤耦合器A分别进入干涉臂A顺时针传输和干涉臂B逆时针传输，即光路路径分别为7→10→8和8→10→7。
所述50:50的2×2光纤耦合器A与50:50的2×2光纤耦合器B的工作波段取决于ASE宽谱光源的输出光谱范围，保偏光子晶体光纤的双折射系数为3.0×10-3-5.0×10-4。
本发明的工作原理是：ASE宽谱光源发出的光经过3dB耦合器A分别进入干涉臂A顺时针传输和干涉臂B逆时针传输，到50:50的2×2光纤耦合器B时又会分别进入出射光纤A和出射光纤B，出射光纤A伸入折射率匹配液中，光被匹配液全部吸收，不会有光强返回，而出射光纤B的单模光纤连接了一个光开关，光开关后面又分别熔接了若干段保偏光子晶体光纤，保偏光子晶体光纤末端粘有一个银反射镜***，能够将光按原路返回，光线两次经过保偏光子晶体光纤并经过50:50的2×2光纤耦合器B将再次分为两路延干涉臂A和干涉臂B传输。最终所有光路的光将在50:50的2×2光纤耦合器A处发生干涉。在到达光谱分析仪的光波中，只有绕光纤环镜传输一圈的两束光波，即光路路径分别为7→10→8和8→10→7的两束光波才能由于高双折射光纤的作用产生周期分布的干涉输出光谱，另外两束光波由于光程差较大而使相应的干涉输出光谱无法在光谱分析仪上显示，仅能显示平均光强。由于仅有一半的光产生周期分布的输出光谱，且由于存在平均光强，输出光谱输出率最小值不为0，因此输出光谱的最大强度及强度范围均有所减小，但输出光谱的整体周期分布基本不变。
本发明的有益效果是：分布式微结构光纤传感器作为一种分布式微结构参数测量结构。光开关作为时分复用开关器件，实现了在不同时间片选择不同通道的传感探头，使***能够采集相应时间段的探头传感量，而不同的传感探头可以利用光子晶体光纤测量不同的物理参数，比如压力、位移、温度、频率等等，实现了多参数测量的功能。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
参见附图1，一种分布式微结构光纤传感器，包括ASE宽谱光源1，光谱分析仪2，入射光纤3，接收光纤4，50:50的2×2光纤耦合器A5，50:50的2×2光纤耦合器B6，干涉臂A7，干涉臂B8，出射光纤A9，出射光纤B10，折射率匹配液11，光开关12，若干段保偏光子晶体光纤13以及与之相对应个数的银反射镜***14。
所述ASE宽谱光源1与入射光纤3连接，光谱分析仪2与接收光纤4连接，50:50的2×2光纤耦合器A5一端的两个端口分别与入射光纤3、接收光纤4连接，另一端的两个端口分别与干涉臂A7、干涉臂B8连接，50:50的2×2光纤耦合器B6一端的两个端口分别与干涉臂A7、干涉臂B8连接，另一端的两个端口分别与出射光纤A9、出射光纤B10连接，出射光纤A9伸入折射率匹配液11中，出射光纤B10与光开关12连接，上述所有连接方式采用法兰连接。
所述若干段保偏光子晶体光纤13一端与光开关12之间通过单模光纤连接，另一端与之相对应个数的银反射镜***14连接，银反射镜***14直接黏贴到保偏光子晶体光纤13端面。
所述入射光纤3、接收光纤4、50:50的2×2光纤耦合器A5、50:50的2×2光纤耦合器B6、干涉臂A7、干涉臂B8、出射光纤A9及出射光纤B10均为单模光纤，均可采用G.652、G.653或G.655单模光纤；入射光纤1和接收光纤2长度为20-40cm；干涉臂A7、干涉臂B8组成了一个光纤环镜，长度为10-20cm，出射光纤A9和出射光纤B10的长度为20-40cm。
所述ASE宽谱光源1发出的光经过50:50的2×2光纤耦合器A5分别进入干涉臂A7顺时针传输和干涉臂B8逆时针传输，即光路路径分别为7→10→8和8→10→7。
所述50:50的2×2光纤耦合器A5与50:50的2×2光纤耦合器B6的工作波段取决于ASE宽谱光源1的输出光谱范围，保偏光子晶体光纤13的双折射系数为3.0×10-3-5.0×10-4。

Claims (3)

1.一种分布式微结构光纤传感器，包括ASE宽谱光源，光谱分析仪，入射光纤，接收光纤，50:50的2×2光纤耦合器A，其特征在于：上述一种分布式微结构光纤传感器还包括50:50的2×2光纤耦合器B，干涉臂A，干涉臂B，出射光纤A，出射光纤B，折射率匹配液，光开关，若干段保偏光子晶体光纤以及与之相对应个数的银反射镜***；所述ASE宽谱光源与入射光纤连接，光谱分析仪与接收光纤连接，50:50的2×2光纤耦合器A一端的两个接口分别与入射光纤、接收光纤连接，另一端的两个接口分别与干涉臂A、干涉臂B连接，50:50的2×2光纤耦合器B一端的两个接口分别与干涉臂A、干涉臂B连接，另一端的两个接口分别与出射光纤A、出射光纤B连接，出射光纤A伸入折射率匹配液中，出射光纤B与光开关连接，上述所有连接方式采用法兰连接；
所述若干段保偏光子晶体光纤一端与光开关之间通过单模光纤连接，另一端与之相对应个数的银反射镜***连接，银反射镜***直接黏贴到保偏光子晶体光纤端面。
2.如权利要求1所述的一种分布式微结构光纤传感器，其特征在于：所述入射光纤、接收光纤、50:50的2×2光纤耦合器A、50:50的2×2光纤耦合器B、干涉臂A、干涉臂B、出射光纤A及出射光纤B均为单模光纤，均可采用G.652、G.653或G.655单模光纤；入射光纤和接收光纤长度为20-40cm；干涉臂A、干涉臂B组成了一个光纤环镜，长度分别为10-20cm，出射光纤A和出射光纤B的长度为20-40cm。
所述ASE宽谱光源发出的光经过50:50的2×2光纤耦合器A分别进入干涉臂A顺时针传输和干涉臂B逆时针传输，即光路路径分别为7→10→8和8→10→7。
3.如权利要求1所述的一种分布式微结构光纤传感器，其特征在于：所述50:50的2×2光纤耦合器A与50:50的2×2光纤耦合器B的工作波段取决于ASE宽谱光源的输出光谱范围，保偏光子晶体光纤的双折射系数为3.0×10-3-5.0×10-4。
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