CN214621028U - 一种包络可调的二阶萨格奈克光纤干涉仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种包络可调的二阶萨格奈克光纤干涉仪，涉及光纤干涉仪的技术领域，解决了传统热熔接方式制成的二阶萨格奈克干涉仪包络低消光比的问题，包括：通过保偏光纤和单模光纤连接的耦合器和旋转连接器，旋转连接器包括：第一光纤接头、光纤适配器和第二光纤接头，第一光纤接头与光纤适配器之间可操作地活动连接，第一光纤接头与光纤适配器之间设有可调节地第二连接夹角，第二光纤接头和光纤适配器之间通过限位结构固定连接，通过调节第二连接夹角的角度，实现了两保偏光纤连接角度的连续可调，具有灵活性高、制作简单、稳定性好、光场能量损失小的优点，降低了对高端熔接设备和偏振控制器的要求，游标包络可调且调谐便捷。

Description

一种包络可调的二阶萨格奈克光纤干涉仪

技术领域

本实用新型涉及光纤干涉仪的技术领域，尤其涉及一种包络可调的二阶萨格奈克光纤干涉仪。

背景技术

游标效应是生活中一种常见的数学现象，被广泛应用于测量领域。游标卡尺是一种常见的使用了游标效应的测量工具，使用两个刻度周期有细微差异的主副标尺，可将微小的长度放大以提高测量精度。为了实现更高灵敏度和分辨率的光纤传感器，研究人员成功地将光学游标效应用在光纤传感器，已经有多种基于光学游标效应的光纤传感器被陆续提出。

这类传感器与游标卡尺原理类似，通常利用两个自由光谱范围略有差异的干涉仪通过串联或者并联的方式排列起来。其中，一个干涉仪用作参考端，另一个干涉仪用作传感端，两个干涉仪的干涉条纹叠加起来会产生周期性的游标包络。类似于一个自由光谱范围较大的干涉条纹，通过检测游标包络的移动就可以确定被测量。与普通干涉仪的移动相比，游标包络会放大单个干涉条纹的光谱移动距离，从而可以实现更高的灵敏度检测。值得注意的是，包络的消光比是影响实际探测精度的关键参量。

当两段长度差微小的保偏光纤以转轴热熔接方式连接时，可视为两个保偏光纤萨格奈克环形干涉仪级联，并实现游标效应。输出的光谱包络与转轴熔接角度直接相关联。热熔条件下，失配的熔接角度将劣化游标效应的性能。然而，受到入射光、出射光的角度偏差、熔接机精度等多重因素制约，难以实现最佳的转轴熔接角度。为改善包络的消光比特性，通常需要辅以偏振控制器精确调谐，但却使得装置的成本与体积显著增加，灵活性与应用性受到限制。

实用新型内容

针对上述产生的问题，本实用新型的目的在于提供一种包络可调的二阶萨格奈克光纤干涉仪。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种包络可调的二阶萨格奈克光纤干涉仪，其中，包括耦合器8和旋转连接器7，所述旋转连接器7设于所述耦合器8的一侧，所述旋转连接器7包括第一光纤接头701、光纤适配器703和第二光纤接头702，光纤适配器703的一端和所述第一光纤接头701连接，光纤适配器703的另一端和所述第二光纤接头702连接，所述第一光纤接头701与所述光纤适配器703之间设有可调节地第二连接夹角12；

所述第一光纤接头701上连接有第一保偏光纤5，所述第一保偏光纤5和所述耦合器8通过第一单模光纤3连接，所述第一单模光纤3和所述第一保偏光纤5之间设有第一连接夹角11；

所述第二光纤接头702上连接有第二保偏光纤6，所述第二保偏光纤6和所述耦合器8通过第二单模光纤4连接，所述第二单模光纤4和所述第二保偏光纤6之间设有第三连接夹角13。

上述的包络可调的二阶萨格奈克光纤干涉仪，其中，所述第一光纤接头701和所述光纤适配器703之间通过螺纹可操作地活动连接。

上述的包络可调的二阶萨格奈克光纤干涉仪，其中，所述第二光纤接头702和所述光纤适配器703之间通过螺纹连接。

上述的包络可调的二阶萨格奈克光纤干涉仪，其中，所述第二光纤接头702内设有限位结构，所述第二光纤接头702和所述光纤适配器703之间通过所述限位结构固定连接。

上述的包络可调的二阶萨格奈克光纤干涉仪，其中，所述耦合器8上还设有第一端口1和第二端口2，所述第一端口1用于采集输入光，所述第二端口2用于发射输出光。

本实用新型由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：

(1)本实用新型中，通过调节第二连接夹角的角度，实现了第一保偏光纤和第二保偏光纤之间连接角度的连续可调，解决了传统热熔接方式制成的二阶萨格奈克干涉仪包络低消光比的问题，具有制备简单，游标包络可调，调谐便捷的优点。

(2)本实用新型基于萨格奈克光纤干涉仪原理，具有制作简单、稳定性好、光场能量损失小的优点，具有灵活性高，对熔接设备要求不高，无需偏振控制调谐的优点。

附图说明

图1是本实用新型的一种包络可调的二阶萨格奈克光纤干涉仪的结构示意图。

图2是本实用新型的一种包络可调的二阶萨格奈克光纤干涉仪的旋转连接器的结构示意图。

图3是本实用新型的一种包络可调的二阶萨格奈克光纤干涉仪的调节连接角度前的游标包络的效果图。

图4是本实用新型的一种包络可调的二阶萨格奈克光纤干涉仪的调节连接角度过程中的游标包络的效果图。

图5是本实用新型的一种包络可调的二阶萨格奈克光纤干涉仪的调节连接角度后的游标包络的效果图。

附图中：1、第一端口；2、第二端口；3、第一单模光纤；4、第二单模光纤；5、第一保偏光纤；6、第二保偏光纤；7、旋转连接器；701、第一光纤接头；702、第二光纤接头；703、光纤适配器；8、耦合器；11、第一连接夹角；12、第二连接夹角；13、第三连接夹角。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。

请参照图1至图5所示，示出了一种包络可调的二阶萨格奈克光纤干涉仪，其中，包括耦合器8和旋转连接器7，旋转连接器7设于耦合器8的一侧，旋转连接器7包括第一光纤接头701、光纤适配器703和第二光纤接头702，光纤适配器703的一端和第一光纤接头701连接，光纤适配器703的另一端和第二光纤接头702连接，第一光纤接头701与光纤适配器703之间设有可调节地第二连接夹角12；

第一光纤接头701上连接有第一保偏光纤5，第一保偏光纤5和耦合器8通过第一单模光纤3连接，第一单模光纤3和第一保偏光纤5之间设有第一连接夹角11；

第二光纤接头702上连接有第二保偏光纤6，第二保偏光纤6和耦合器8通过第二单模光纤4连接，第二单模光纤4和第二保偏光纤6之间设有第三连接夹角13。

进一步，在一种较佳实施例中，第一光纤接头701和光纤适配器703之间通过螺纹可操作地活动连接。

进一步，在一种较佳实施例中，第二光纤接头702和光纤适配器703之间通过螺纹连接。

进一步，在一种较佳实施例中，第二光纤接头702内设有限位结构，第二光纤接头702和光纤适配器703之间通过限位结构固定连接。

进一步，在一种较佳实施例中，耦合器8上还设有第一端口1和第二端口2，第一端口1用于采集输入光，第二端口2用于发射输出光。

以上仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围。

本实用新型在上述基础上还具有如下实施方式：

本实用新型的进一步实施例中，解决传统热熔接方式制成的二阶萨格奈克干涉仪包络低消光比的问题，且具有灵活性高，对熔接设备要求不高，无需偏振控制调谐的优点。

本实用新型的进一步实施例中，耦合器的分光比为50：50，两段保偏光纤有微小长度差。

本实用新型的进一步实施例中，输入光被耦合器8分为顺时针和逆时针传输的两束光。顺时针方向传输的光首先输入第一保偏光纤5，第一保偏光纤5与第二保偏光纤6采用转轴连接，两段光纤的快慢轴存在一个第二连接夹角12，光场在经过两段光纤的旋转连接器7时，偏振方向会被旋转第二连接夹角12后输入第二保偏光纤6。

本实用新型的进一步实施例中，光场经过第二保偏光纤6后经第二单模光纤4再次回到耦合器8，由于第二保偏光纤6与第二单模光纤4的熔接处存在一个第三连接夹角13，光场的偏振方向会被旋转第三连接夹角13后输入第二单模光纤4。

本实用新型的进一步实施例中，第一保偏光纤5与第一单模光纤3的熔接处存在一个第一连接夹角11，逆时针4方向传输的光沿着相反的传输路径光场的偏振方向会被旋转第一连接夹角11后输入第一单模光纤3，再次回到耦合器8。

本实用新型的进一步实施例中，输入第二单模光纤4和输入第一单模光纤3的两束光在耦合器8相遇并发送干涉，并从耦合器8的第一端口1和第二端口2输出。

本实用新型的进一步实施例中，通过调节旋转连接器7的第二连接夹角12，从输出光2的变化可观测干涉包络调制效果。

本实用新型的进一步实施例中，如图2所示，第二光纤接头702不可旋转，第二光纤接头702具有限位结构，使用过程中螺纹扣一直保持为旋紧的固定状态，第一光纤接头701可旋转，第一光纤接头701不具有限位结构，使用时先旋转调节第二连接夹角12，游标包络达到预期状态时再将螺纹扣旋紧固定。

本实用新型的进一步实施例中，如图3至图5所示，图3为仅安装好结构，第一保偏光纤5和第二保偏光纤6之间的第二连接夹角12未经旋转连接器7调节时的包络图，包络消光比此时为3.42dB；图4为第一保偏光纤5和第二保偏光纤6之间的第二连接夹角12经旋转连接器7调节过程中的包络图，包络消光比为5.18dB，图5为第一保偏光纤5和第二保偏光纤6之间的第二连接夹角12经旋转连接器7调节完成后的包络图，包络消光比为7.5dB，调节后的包络深度明显增加。

本实用新型的进一步实施例中，使用Jones矩阵运算，可以得到该二阶萨格奈克的透射传输函数为：

其中，θ₁为第一连接夹角11的角度，θ₂为第二连接夹角12的角度，θ₃为第三连接夹角13的角度，θ＝θ₁+θ₃。

和

分别为光场在第一保偏光纤5和第二保偏光纤6中传输时所积累的相中传输时所积累的相位差，B为保偏光纤双折射大小，L₁和L₂分别为第一保偏光纤5和第二保偏光纤的长度，θ₂可由旋转连接器7进行调节。

本实用新型的进一步实施例中，基于萨格奈克光纤干涉仪原理，因而具有制作简单、稳定性好、光场能量损失小的优点，采用一种可旋转连接方式构建二阶萨格奈克光纤干涉仪，降低了对高端熔接设备和偏振控制器的要求，具有制备简单，游标包络可调，调谐便捷的优点。

本实用新型的进一步实施例中，第一光纤接头701和第二光纤接头702通过光纤适配器703连接，第二光纤接头702和光纤适配器703之间固定连接，第一光纤接头701和光纤适配器703之间活动连接，第一光纤接头701和第二光纤接头702之间具有第二连接夹角12。

本实用新型的进一步实施例中，第一光纤接头701的外壁上套设有调节旋钮，调节旋钮的内壁和第一光纤接头701的外壁通过细螺纹连接，旋转调节旋钮可以调节第一光纤接头701上与第一保偏光纤5连接的端口的位置，改变第一光纤接头701上光线入射端和光纤适配器703之间的间距，进而调节第一光纤接头701和第二光纤接头702之间的第二连接夹角12的角度。

本实用新型的进一步实施例中，第一光纤接头701、第二光纤接头702和光纤适配器703之间不处于同一轴线上，第一光纤接头701和第二光纤接头702之间的第二连接夹角12的角度范围为0度至180度，通过旋转调节旋钮，可以调节第一光纤接头701上与第一保偏光纤5连接的端口的位置，改变第一光纤接头701上光线入射端和光纤适配器703之间的间距，当间距减小时，第二连接夹角12逐渐接近180度，当间距增大时，第二连接夹角12逐渐向0度靠近。

本实用新型的进一步实施例中，通过旋转调节旋钮能够调节第一光纤接头701的位置，进而调节第一光纤接头701和第二光纤接头702之间的第二连接夹角12的角度，调节方式与游标卡尺及螺旋测微器相近，旋转调节旋钮的过程中，观察耦合器8发送干涉的包络图，如图3至图5所示，从输出光2的变化可观测干涉包络调制效果，游标包络达到预期状态时将螺纹扣旋紧固定，使用过程中螺纹扣一直保持为旋紧的固定状态。

本实用新型的进一步实施例中，第一光纤接头701上设有螺纹扣，游标包络达到预期状态时，停止旋转调节旋钮并将螺纹扣旋紧固定，此时旋转调节旋钮不能改变第二连接夹角12的角度，使用过程中螺纹扣一直保持为旋紧的固定状态。

以上仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种包络可调的二阶萨格奈克光纤干涉仪，其特征在于，包括耦合器(8)和旋转连接器(7)，所述旋转连接器(7)设于所述耦合器(8)的一侧，所述旋转连接器(7)包括第一光纤接头(701)、光纤适配器(703)和第二光纤接头(702)，光纤适配器(703)的一端和所述第一光纤接头(701)连接，光纤适配器(703)的另一端和所述第二光纤接头(702)连接，所述第一光纤接头(701)与所述光纤适配器(703)之间设有可调节地第二连接夹角(12)；

所述第一光纤接头(701)上连接有第一保偏光纤(5)，所述第一保偏光纤(5)和所述耦合器(8)通过第一单模光纤(3)连接，所述第一单模光纤(3)和所述第一保偏光纤(5)之间设有第一连接夹角(11)；

所述第二光纤接头(702)上连接有第二保偏光纤(6)，所述第二保偏光纤(6)和所述耦合器(8)通过第二单模光纤(4)连接，所述第二单模光纤(4)和所述第二保偏光纤(6)之间设有第三连接夹角(13)。

2.根据权利要求1所述的包络可调的二阶萨格奈克光纤干涉仪，其特征在于，所述第一光纤接头(701)和所述光纤适配器(703)之间通过螺纹可操作地活动连接。

3.根据权利要求1所述的包络可调的二阶萨格奈克光纤干涉仪，其特征在于，所述第二光纤接头(702)和所述光纤适配器(703)之间通过螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的包络可调的二阶萨格奈克光纤干涉仪，其特征在于，所述第二光纤接头(702)内设有限位结构，所述第二光纤接头(702)和所述光纤适配器(703)之间通过所述限位结构固定连接。

5.根据权利要求1所述的包络可调的二阶萨格奈克光纤干涉仪，其特征在于，所述耦合器(8)上还设有第一端口(1)和第二端口(2)，所述第一端口(1)用于采集输入光，所述第二端口(2)用于发射输出光。

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