一種基于酒精灌注的高靈敏度光子晶體光纖溫度傳感器的制造方法
【專利摘要】一種基于酒精灌注的高靈敏度光子晶體光纖溫度傳感器，主要解決現有光纖環境（FLM）干涉結構的溫度傳感器靈敏度低、抗外界干擾性差等問題。它由入射光纖(1)和接收光纖(2)、干涉臂A(3)和干涉臂B(4)、出射光纖A(5)和出射光纖B(6)、分束端2×2的3-dB耦合器(7)、合束端2×2的3-dB耦合器(8)、酒精灌注高雙折射光子晶體光纖(9)、銀反射鏡(10)組成。上述分束端2×2的3-dB耦合器(7)、干涉臂A(3)和干涉臂B(4)和合束端2×2的3-dB耦合器(8)構成光纖環鏡。本實用新型靈敏度高、抗外界電磁干擾能力強，可以應用于各類實際工程中。
【專利說明】一種基于酒精灌注的高靈敏度光子晶體光纖溫度傳感器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種基于高雙折射光子晶體光纖環鏡的高靈敏度溫度傳感器，特別涉及一種基于酒精灌注的高靈敏度光子晶體光纖溫度傳感器，屬于光纖傳感【技術領域】。
【背景技術】
[0002]光纖環鏡(FLM)廣泛應用于光纖通信與傳感系統中。在由同一光纖繞成的光纖圈中沿相反方向傳輸的兩光波，在外界因素作用下產生不同的相移。其最典型的應用就是轉動傳感，即光纖陀螺。由于它沒有活動器件，沒有非線性效應和低轉速時激光陀螺的閉鎖區，因而非常有希望制成高性能低成本器件。通過干涉效應進行檢測，就是薩格納克干涉儀的基本原理。基于薩格納克干涉儀的光纖傳感器在長距離、小泄露管道檢測定位上有其明顯的優勢，同時也可應用在光纖圍欄報警系統中，具有簡單高效、安裝便捷、維護簡單、成本較低等優點。
[0003]19世紀初，Young用干涉實驗證實了光具有波動性，這就是著名的楊氏干涉實驗。此后人們開始研究各種干涉測量技術，逐步形成了一種高靈敏度的測量方法。隨著激光的出現，可以容易地得到高強度的相干光源，從而使這一測量技術得到了迅猛的發展和應用。而光纖的出現，使得干涉儀中的光可以在柔軟可彎曲的低損耗光波導中傳播，而不必在空間傳播。并且使用全光纖的器件，可以使干涉儀做得非常緊湊，省去了煩瑣的調節過程。把光全部封閉在光纖系統中，使干涉儀變得穩定可靠，也大大降低了外界干擾引入的噪聲，使得干涉儀測量的靈敏度得到了大幅度提高。較著名的干涉儀有邁克爾遜(Michelson)干涉儀、馬赫-則德爾(Mach-Zehnder)干涉儀、薩格納克(Sagnac)干涉儀和法布里_拍羅(Febry-Perot)干涉儀等。
[0004]但是FLM結構干涉儀技術在溫度測量中仍存在一些關鍵性問題，最主要的是干涉儀中的模式與偏振問題和干涉儀的穩定技術。因為光纖中存在雙折射，光在光纖中傳輸時，會改變光的偏振態，并且偏振態的變化隨環境溫度等一些因素的變化。當干涉儀受到外界環境的影響，其干涉輸出會出現隨機波動，同時傳統干涉結構的靈敏度在實際應用中也有些局限性，所以現有干涉儀對外界環境的抗干擾性較差，高靈敏度難以實現，從而大大降低了 FLM結構干涉儀的實用性。
[0005]在綜上所述的研究中，現有技術無法解決FLM結構干涉儀溫度靈敏度低和抗外界干擾性差的問題，從而大大降低了干涉儀的實用性，限制了干涉儀在實際工程中的應用。
【發明內容】
[0006]本實用新型針對現有FLM干涉結構溫度傳感器靈敏度低、抗外界干擾性能差等問題，提供了一種溫度靈敏度高、抗外界干擾、結構簡單易操作的酒精灌注高雙折射光子晶體光纖環鏡干涉儀。
[0007]高雙折射光子晶體光纖是一種新型光纖且具備優良的光學特性，在其包層中分布著沿徑向周期性排列、沿光纖軸向伸展的空氣孔，可以通過靈活改變空氣孔的大小、形狀、位置分布來設計出具有各種奇異性質的PCF (光子晶體光纖)。排列不對稱的氣孔可以產生高雙折射效應。因為高雙折射光子晶體光纖具有周期排列的空氣孔，在其中灌注高熱膨脹系數的酒精，當酒精受熱膨脹而使高雙折射光子晶體光纖的雙折射系數靈活改變。
[0008]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的:
[0009]一種基于酒精灌注的高靈敏度光子晶體光纖溫度傳感器，包括入射光纖(I)和接收光纖(2)、干涉臂A(3)和干涉臂B(4)、出射光纖A(5)和出射光纖B(6)、分束端2X2的3-dB耦合器(7)。
[0010]所述的一種基于酒精灌注的高靈敏度光子晶體光纖溫度傳感器還包括合束端2X2的3-dB耦合器(8)、酒精灌注高雙折射光子晶體光纖(9)、銀反射鏡(10)。
[0011]所述分束端2X2的3-dB耦合器(7) —邊的兩個端口分別與入射光纖(I)以及接收光纖(2)相連接，分束端2X2的3-dB耦合器(7)另兩個端口分別與干涉臂A(3)和干涉臂B(4)相連，合束端2X2的3-dB耦合器(8) —邊的兩個端口分別與干涉臂A(3)和干涉臂B(4)相連接，合束端2X2的3-dB耦合器(8)另兩個端口分別與出射光纖A(5)和出射光纖B(6)相連接，出射光纖A(5)與酒精灌注高雙折射光子晶體光纖(9)相連接，酒精灌注高雙折射光子晶體光纖(9)末端鍍銀反射鏡(10);分束端2X2的3-dB耦合器(7)、干涉臂A(3)和干涉臂B(4)和合束端2X2的3-dB耦合器(8)構成光纖環鏡。
[0012]所述入射光纖(I)和接收光纖(2)、干涉臂A(3)和干涉臂B (4)、出射光纖A(5)和出射光纖B (6)均可米用G.652、G.653或G.655單模光纖；入射光纖(I)和接收光纖(2)長度為20-40011，干涉臂4(3)和干涉臂B (4)長度為10-20cm，出射光纖A (5)和出射光纖B (6)的長度為20-40cm。
[0013]所述分束端2 X 2的3-dB耦合器(7)、合束端2 X 2的3_dB耦合器(8)為光纖耦合輸出式耦合器，工作波段為1270-1610nm。酒精灌注高雙折射光子晶體光纖(9)采用空心帶隙型光子晶體光纖，雙折射系數為3.0X 10_4-5.0X 10_4。
[0014]所述銀反射鏡(10)采用靜電自組裝工藝鍍膜構成，厚度為1.0nm-2.0nm。
[0015]本實用新型的工作原理是:入射光由分束端2X2的3-dB耦合器(7)分為兩個反向傳輸的光信號，兩束光經過FLM出射經過酒精灌注高雙折射光子晶體光纖(9)并由銀反射鏡(10)反射后產生相位延遲:
[0016]δ = 2 Ti AngL/ λ
[0017]其中Ang為群速度折射率差，L為高雙折射光子晶體光纖長度，λ為入射光波長。當兩束光經過FLM出射經過酒精灌注高雙折射光子晶體光纖(9)并由銀反射鏡(10)反射后重新回到在分束端2X2的3-dB耦合器(7)時發生干涉，出射光呈明暗相間的干涉條紋。
[0018]本實用新型的有益效果是:該溫度傳感器利用FLM結構設計，同時高雙折射光子晶體光纖置于FLM的外圍作為傳感頭，灌注于其中的酒精具有較高的熱膨脹系數。當傳感頭外圍溫度變化時，酒精的膨脹會使高雙折射光子晶體光纖的雙折射系數具有較大的變化，使經過FLM正向和逆向傳輸光的光程差發生較大改變，從而能夠獲得極高的溫度靈敏。同時，本實用新型將傳感頭置于FLM之外，這種獨特的結構就消除了由于FLM光纖轉動引入的測量誤差，極大的提高了該溫度傳感器的抗干擾性能。
【專利附圖】
【附圖說明】[0019]圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0020]圖2是本實用新型中高雙折射光子晶體光纖末端鍍銀反射鏡示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖及【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細描述。
[0022]參見附圖1，一種基于酒精灌注的高靈敏度光子晶體光纖溫度傳感器，由入射光纖I和接收光纖2、干涉臂A3和干涉臂B4、出射光纖A5和出射光纖B6、分束端2X2的3_dB耦合器7、合束端2X2的3-dB耦合器8、酒精灌注高雙折射光子晶體光纖9、銀反射鏡10組成；分束端2X2的3-dB耦合器7 —邊的兩個端口分別與入射光纖I以及接收光纖2相連接，分束端2 X 2的3-dB耦合器7另兩個端口分別與干涉臂A3和干涉臂B4相連，合束端2X2的3-dB耦合器8 一邊的兩個端口分別與干涉臂A3和干涉臂B4相連兩連接，合束端2X2的3-dB耦合器8另兩個端口分別與出射光纖A5和出射光纖B6相連接，出射光纖A5與酒精灌注高雙折射光子晶體光纖9相連接，酒精灌注高雙折射光子晶體光纖9末端鍍銀反射鏡10 ;分束端2 X 2的3-dB耦合器7、干涉臂A3和干涉臂B4和合束端2 X 2的3_dB耦合器8構成光纖環鏡。
[0023]本實用新型中的酒精灌注高雙折射光子晶體光纖9采用空心帶隙型光子晶體光纖，雙折射系數為3.49X 10_4 ;入射光纖I和接收光纖2、干涉臂A3和干涉臂B4、出射光纖A5和出射光纖B6均可米用G.652單模光纖；入射光纖I和接收光纖2長度為25cm,干涉臂A3和干涉臂B4的長度為15cm，出射光纖A5的長度為30cm，出射光纖B6的長度為20cm ;銀反射鏡10采用靜電自組裝工藝鍍膜構成，厚度為1.5nm。將酒精灌注高雙折射光子晶體光纖9置于出射光纖A5的末端,酒精灌注高雙折射光子晶體光纖9末端鍍銀反射鏡10。由出射光纖A5入射的光經酒精灌注高雙折射光子晶體光纖9后由銀反射鏡10后再次經過FLM，在分束端2X2的3-dB耦合器7處發生干涉。酒精灌注高雙折射光子晶體光纖9作為傳感頭，當其周圍環境的溫度改變時，酒精的熱膨脹系數發生改變，進而改變經過銀反射鏡10反射后經過FLM在干涉臂A3和干涉臂B4傳輸光的光程差，從而使干涉條紋發生改變，監測干涉光譜波長漂移量可以實現酒精灌注高雙折射光子晶體光纖9外圍溫度變化的測量。
【權利要求】
1.一種基于酒精灌注的高靈敏度光子晶體光纖溫度傳感器，包括入射光纖(I)和接收光纖(2)、干涉臂A (3)和干涉臂B (4)、出射光纖A (5)和出射光纖B (6)、分束端2 X 2的3_dB耦合器(7)，其特征在于:所述溫度傳感器還包括合束端2X2的3-dB耦合器(8)、酒精灌注高雙折射光子晶體光纖(9)、銀反射鏡(10);所述分束端2X2的3-dB耦合器(7) —邊的兩個端口分別與入射光纖(I)以及接收光纖(2)相連接，分束端2X2的3-dB耦合器(7)另兩個端口分別與干涉臂A(3)和干涉臂B(4)相連，合束端2X2的3-dB耦合器(8) —邊的兩個端口分別與干涉臂A(3)和干涉臂B(4)相連接，合束端2X2的3-dB耦合器(8)另兩個端口分別與出射光纖A(5)和出射光纖B(6)相連接，出射光纖A(5)與酒精灌注高雙折射光子晶體光纖(9)相連接，酒精灌注高雙折射光子晶體光纖(9)末端鍍銀反射鏡(10);分束端2X2的3-dB耦合器(7)、干涉臂A(3)和干涉臂B(4)和合束端2X2的3_dB耦合器(8)構成光纖環鏡。
2.根據權利要求1所述的一種基于酒精灌注的高靈敏度光子晶體光纖溫度傳感器，其特征在于:入射光纖(I)和接收光纖(2)、干涉臂A(3)和干涉臂B(4)、出射光纖A(5)和出射光纖B (6)均可米用G.652、G.653或G.655單模光纖；入射光纖(I)和接收光纖(2)長度為20-40011，干涉臂4(3)和干涉臂B(4)長度為10-20cm，出射光纖A(5)和出射光纖B(6)的長度為20-40cm。
3.根據權利要求1所述的一種基于酒精灌注的高靈敏度光子晶體光纖溫度傳感器，其特征在于:分束端2X2的3-dB耦合器(7)、合束端2X2的3_dB耦合器(8)為光纖耦合輸出式耦合器，工作波段為1270-1610nm。
4.根據權利要求1所述的一種基于酒精灌注的高靈敏度光子晶體光纖溫度傳感器，其特征在于:酒精灌注高雙折射光子晶體光纖(9)采用空心帶隙型光子晶體光纖，雙折射系數為 3.0X10_4-5.0X10_4。
5.根據權利要求1所述的一種基于酒精灌注的高靈敏度光子晶體光纖溫度傳感器，其特征在于:銀反射鏡(10)采用靜電自組裝工藝鍍膜構成，厚度為1.0nm-2.0nm。
【文檔編號】G01K11/32GK203587245SQ201320628256
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月11日 優先權日:2013年10月11日
【發明者】高朋 申請人:沈陽師范大學