專利名稱：微型光纖集成的光纖邁克爾遜干涉式溫度傳感器、制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖傳感技術(shù)，具體地說涉及一種微型光纖集成的光纖邁克爾遜干涉式 溫度傳感器、制作方法。
背景技術(shù)：
光纖傳感技術(shù)是20世紀(jì)70年代末新興的一項(xiàng)技術(shù)，在全世界形成了研究熱門，已與光 纖通信并駕齊驅(qū)；光纖傳感器由于其優(yōu)越的性能而備受青睞，其具有以下優(yōu)點(diǎn)體積小、質(zhì) 量輕、抗電磁干擾、防腐蝕、靈敏度很高、測(cè)量帶寬很寬、檢測(cè)電子設(shè)備與傳感器可以間隔 很遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，可以構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)。光纖干涉儀采用光干涉技術(shù)，其測(cè)量精度比普通光纖傳感 器的測(cè)量精度更高。
光纖傳感器可分為傳光型(非功能型)和傳感型(功能型)兩大類.在傳光型光纖傳感器中， 光纖僅起到傳輸光波的作ffl，必須在光纖端部或中間安裝其它敏感元件才能組成完整的傳感 器；而傳感型光纖傳感器則利用光纖本身的敏感特性進(jìn)行工作，干涉型光纖傳感器就屬于這 -類，它通過檢測(cè)由調(diào)制光信號(hào)的相位改變引起的輸出效果如光強(qiáng)的變化而獲得外場信息， 從而達(dá)到傳感目的。
光纖干涉式傳感器因其精度高，抗電磁干擾能力強(qiáng)而受到人們的青睞。普通的布拉格光 纖光柵因其本身不耐高溫，大多采用輔助材料的熱膨脹或是熱傳導(dǎo)來測(cè)量高溫，降低了傳感 器的集成度。長周期光纖光柵在高溫下其譜線依然良好，但長周期光纖光柵由于存在嚴(yán)重的 彎曲敏感性，從而使其測(cè)量的可靠性降低?；诜潜菊鳜m珀的高溫傳感器由于使用光學(xué)膠粘 接方法制作傳感器，因而測(cè)量的溫度也很有限， 一般低于500°C。在線型琺珀腔采用了電弧 熔接的方法來制作，其所用材料都是Si02，它具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、集成度高、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，但 屮于Si02的熱膨脹相對(duì)較小，因此溫度靈敏度不高。但傳統(tǒng)邁克爾遜干涉式溫度傳感器是由 兩個(gè)平面鏡和一個(gè)分光鏡組成的系統(tǒng)，其裝配精度要求高；光纖邁克爾遜干涉式溫度傳感器 因參考臂和傳感臂分立，參考臂受外界振動(dòng)溫度等千擾大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種微型光纖集成的光纖邁克爾遜干涉式溫度傳感器，其結(jié)構(gòu)為光了品 體單模光纖一端的纖芯上分別有兩個(gè)與光纖軸向垂直的反射面，兩個(gè)反射面前后錯(cuò)落的排列 在纖芯端部。
前后錯(cuò)落的排列在纖芯上的兩個(gè)反射面在光子晶體單模光纖纖芯端部形成梯形剖面；纖 芯端面形成測(cè)量臂反射面，梯形剖面底部形成參考臂反射面。 為了得到前述結(jié)構(gòu)的傳感器，可采用如下兩種方案-
方案一光子晶體單模光纖纖芯軸向有孔，該孔橫截面與光子品體單模光纖纖芯橫截面部分交疊，使纖芯端面形成測(cè)量臂反射面，梯形剖面底部形成參考臂反射面?？椎着c光子品 體單模光纖軸向垂直，孔的深度為10pm到lmm。
方案二光子晶體單模光纖端頭部分，有沿光子晶體單模光纖軸向的柱狀切口，該柱狀 切口的橫截面與光子晶體單模光纖纖芯橫截面部分交疊，使使纖芯端面形成測(cè)量臂反射面 (1)，梯形剖面底部形成參考臂反射面(2)。
分別與兩種方案對(duì)應(yīng)的加工方法，其步驟如下 方案一的加工方法
1 )利用光纖切割刀將光子晶體單模光纖端面切平；
2)利用激光微加工方法在光子晶體單模光纖端面鉆孔，該孔的橫截面與纖芯橫截面部分 重合，孔底端面與光纖軸向垂直，孔的深度為10pm至i」lmm。 方案二的加工方法-.
1 )利用光纖切割刀將光子晶體單模光纖端面切平；
2)利用激光微加工方法沿光纖縱向切割光子晶體單模光纖，使光子晶體單模光纖形成梯 形結(jié)構(gòu)；被切割部分的橫截面與纖芯橫截面部分重合，且切口底部平面與光纖軸向垂直。
采用本發(fā)明傳感器所組成的檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)為它包括寬帶光源、1x2耦合器、 一臺(tái)光譜 儀、計(jì)算機(jī)和微型光纖集成的光纖邁克爾遜干涉式溫度傳感器；其中，帶光源連接到lx2耦 合器的一端，耦合器的另一端連接到微型光纖集成的光纖邁克爾遜干涉式溫度傳感器，形成 反射干涉譜線，經(jīng)由lx2耦合器連接到光譜儀，計(jì)算機(jī)與光譜儀通信連接，來處理數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的有益技術(shù)效果是提供了一種制作簡單、成本低廉、性能可靠、適用范圍廣、 抗干擾能力強(qiáng)的光纖邁克爾遜干涉式溫度傳感器。


圖l、采用切口方式構(gòu)成的本發(fā)明傳感器結(jié)構(gòu)圖2、與圖1結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的傳感器端面圖3、采用鉆孔方式構(gòu)成的本發(fā)明傳感器結(jié)構(gòu)圖4、與圖3結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的傳感器端面圖5、采用本發(fā)明傳感器組成的檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)測(cè)量臂反射面l、參考臂反射面2、微型光纖集成的光纖邁克爾遜干涉式溫度傳感器3、
lx2耦合器4、寬帶光源5、光譜儀6、計(jì)算機(jī)7;
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的傳感器結(jié)構(gòu)為光子晶體單模光纖一端的纖芯上分別有兩個(gè)與光纖軸向垂直的 反射面，兩個(gè)反射面前后錯(cuò)落的排列在纖芯端部。前后錯(cuò)落的排列在纖芯上的兩個(gè)反射面在 光子品體單模光纖纖芯端部形成梯形剖面;纖芯端面形成測(cè)量臂反射面1，梯形剖面底部形
成參考臂反射面2。參見圖1至4，為了得到這種兩個(gè)反射面結(jié)構(gòu)的傳感器，可以采用兩種結(jié)構(gòu)形式其一， 光了品體單模光纖纖芯軸向有孔，該孔橫截面與光子晶體單模光纖纖芯橫截面部分交疊，使 纖芯端面形成測(cè)量臂反射面1，梯形剖面底部形成參考臂反射面2，孔底與光子晶體單模光纖 軸向垂直，孔的深度為10(im到lmm。其二，光子晶體單模光纖端頭部分，有沿光子晶體單 模光纖軸向的柱狀切口，該柱狀切口的橫截面與光子晶體單模光纖纖芯橫截面部分交疊，使 使纖芯端面形成測(cè)量臂反射面1，梯形剖面底部形成參考臂反射面2。
參見圖5，采用本發(fā)明結(jié)構(gòu)的傳感器所組成的測(cè)量裝置，它包括寬帶光源5、 lx2耦合 器4、光譜儀6、計(jì)算機(jī)7和本發(fā)明的傳感器；lx2耦合器4的三個(gè)連接端分別與寬帶光源5、 光譜儀6、本發(fā)明的傳感器三者光路連接，光譜儀6與計(jì)算機(jī)7通信連接；寬帶光源5發(fā)出 的光束經(jīng)lx2耦合器4進(jìn)入本發(fā)明的傳感器，并在傳感器中形成反射干涉譜線，反射干涉譜 線又經(jīng)1 x2耦合器4傳輸?shù)焦庾V儀6，最后傳輸?shù)接?jì)算機(jī)7。
寬帶光源5輸出一定帶寬波長的激光(一般為C波段激光，1520nm 1570nm)，進(jìn)入1" 個(gè)耦合器4，激光通過lx2耦合器4進(jìn)入傳感器中后，被分成強(qiáng)度相等的兩朿，分別照射到 測(cè)量臂反射面和參考臂反射面2上面。兩光線經(jīng)各自對(duì)應(yīng)的反射面反射重新返回1x2耦合 器4中，當(dāng)傳感器中兩條光的光程差小于光源的相干長度時(shí)，兩束光在"2耦合器4與光譜 儀6的連接端發(fā)生干涉，干涉信號(hào)進(jìn)入光譜儀6，光譜儀6將反射干涉譜傳輸?shù)接?jì)算機(jī)7內(nèi)， 由計(jì)算機(jī)7對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
將傳感器設(shè)置在需要測(cè)量的溫度環(huán)境內(nèi)，由于溫度的影響，傳感器的折射率發(fā)生變化， 導(dǎo)致光束在傳感器內(nèi)的光程差發(fā)生變化，通過光譜儀6探測(cè)這種變化，即可迅速得知溫度的 值。
,本發(fā)明不僅具有光纖的抗電磁干擾、耐腐蝕、電絕緣性好、防爆、體積小、重量輕、可 繞性好等優(yōu)點(diǎn)，還具有結(jié)構(gòu)簡單、條紋對(duì)比度好、信噪比高、條紋的計(jì)數(shù)和被測(cè)位移的訃算 關(guān)系簡單的優(yōu)點(diǎn)，使得本發(fā)明傳感器測(cè)量溫度的范圍擴(kuò)大大零下-2(TC到120(rC，其溫度靈敏 度也比琺珀溫度傳感器高出近20倍，因此在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中具有非常廣泛的應(yīng)用潛力。
權(quán)利要求
1、一種微型光纖集成的光纖邁克爾遜干涉式溫度傳感器，其特征在于光子晶體單模光纖一端的纖芯上分別有兩個(gè)與光纖軸向垂直的反射面，兩個(gè)反射面前后錯(cuò)落的排列在纖芯端部。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型光纖集成的光纖邁克爾遜干涉式溫度傳感器，其特征在于 前后錯(cuò)落的排列在纖芯上的兩個(gè)反射面在光子晶體單模光纖纖芯端部形成梯形剖面；纖芯端 面形成測(cè)量臂反射面(1)，梯形剖面底部形成參考臂反射面(2)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微型光纖集成的光纖邁克爾遜干涉式溫度傳感器，其特征在于 光子品體單模光纖纖芯軸向有孔，該孔橫截面與光子晶體單模光纖纖芯橫截面部分交疊，使 纖芯端面形成測(cè)量臂反射面(1)，梯形剖面底部形成參考臂反射面(2)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的微型光纖集成的光纖邁克爾遜干涉式溫度傳感器，其特征在于孔底與光子晶體單模光纖軸向垂直，孔的深度為lO)imi到lmm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型光纖集成的光纖邁克爾遜干涉式溫度傳感器，其特征在于-光子晶體單模光纖端頭部分，有沿光子晶體單模光纖軸向的柱狀切口 ，該柱狀切口的橫截面 與光子品體單模光纖纖芯橫截面部分交疊，使纖芯端面形成測(cè)量臂反射面(1)，梯形剖面底 部形成參考臂反射面(2)。
6、 一種微型光纖集成的光纖邁克爾遜干涉式溫度傳感器的制作方法，其特征在于其歩驟如下(1) 利用光纖切割刀將光子晶體單模光纖端面切平；(2) 利用激光微加工方法沿光纖縱向加工光子晶體單模光纖，使光子品體單模光纖形成梯 形結(jié)構(gòu)；被切割部分的橫截面與纖芯橫截面部分重合，且切口底部平面與光纖軸向垂直。
7、 一種微型光纖集成的光纖邁克爾遜干涉式溫度傳感器的制作方法，其特征在于其步驟如下(1 )利用光纖切割刀將光子晶體單模光纖端面切平；(2)利用激光微加工方法在光子晶體單模光纖端面鉆孔，該孔的橫截面與纖芯橫截面部分 重合，孔底端面與光纖軸向垂直，孔的深度為10nm到Imm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微型光纖集成的光纖邁克爾遜干涉式溫度傳感器，光子晶體單模光纖一端的纖芯上分別有兩個(gè)與光纖軸向垂直的反射面，兩個(gè)反射面前后錯(cuò)落的排列在纖芯端部。本發(fā)明還公開了微型光纖集成的光纖邁克爾遜干涉式溫度傳感器的制作方法。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是提供了一種制作簡單、成本低廉、性能可靠、適用范圍廣、抗干擾能力強(qiáng)的光纖邁克爾遜干涉式溫度傳感器。
文檔編號(hào)G01K11/00GK101620015SQ200910104580
公開日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月10日
發(fā)明者濤 朱, 濤 柯, 饒?jiān)平?申請(qǐng)人:重慶大學(xué)