基于偏芯結構的高靈敏光纖激光傳感器的制造方法
【專利摘要】基于偏芯結構的高靈敏光纖激光傳感器，屬于光纖通信與傳感【技術領域】。該結構包括：980nm/1480nm泵源(1)、波分復用器(2)、摻鉺光纖(3)、光隔離器(4)、偏芯結構(5)、10：90光耦合器(6)。相對于其它結構的傳感器，本發(fā)明中采用泵浦作為光源，用標準單模光纖偏芯結構作為傳感頭，能夠實現(xiàn)溫度、曲率等參量的測量，具有制作工藝簡單，成本低廉，探測極限小，靈敏度高的特點，適合于遠距離光纖通信。
【專利說明】基于偏芯結構的高靈敏光纖激光傳感器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖通信和傳感【技術領域】，具體地說，涉及一種光纖激光傳感器的設計。
【背景技術】
[0002]光纖傳感作為現(xiàn)代光纖技術的重要應用之一，由于具有體積小、精度高、抗電磁干擾等優(yōu)點，越來越受到人們的重視。近年來由于光纖傳感技術的迅猛發(fā)展，光纖傳感器的性能隨之不斷提高，可以實現(xiàn)多種參量的測量，比如溫度，壓力，液位，速度等參數，還可以完成現(xiàn)有測量技術難以實現(xiàn)的測量任務。隨著傳感技術的不斷提高與成熟，光纖傳感器被廣泛用于航天航海、交通運輸、石油開采、電力傳輸、醫(yī)療衛(wèi)生、科學研究、結構檢測等眾多領域。
[0003]光纖激光傳感器作為一種新型的傳感器主要是由光纖激光器，傳輸光纖，傳感器件和信號檢測部分組成。相比于傳統(tǒng)的傳感器，光纖激光器傳感作為一種有源傳感系統(tǒng)，具有更高的信噪比、更窄的帶寬、因此具有更高的精度和靈敏度?？膳c光纖通信系統(tǒng)相連，實現(xiàn)遠距離測量和控制。描述光纖激光器的特征參量主要由光強，相位波長和偏振態(tài)等，對于這些參量極易受到外界環(huán)境的影響，如溫度，壓力，應變，振動及一些化學物質等。光纖激光傳感技術就是檢測各個特征參量隨外界因素變化的大小實現(xiàn)傳感的功能，目前已經在眾多領域得到了廣泛的應用。本發(fā)明中由泵浦源，偏芯結構，和光譜分析儀主要構成的光纖激光傳感器，結構簡單，靈敏度高，易于實現(xiàn)多種參量的測量。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的是實現(xiàn)一種結構簡單、靈敏度高、測量范圍廣的光纖激光傳感器。
[0005]本發(fā)明的技術方案:
[0006]—種基于偏芯結構的高靈敏光纖激光傳感器，由波分復用器、摻鉺光纖、光隔離器、偏芯結構和10:90光耦合器組成并通過單模光纖連接構成環(huán)路諧振腔，波分復用器的三個端口分別為輸入端a、輸出端b和輸入端c,其中輸入端a與980nm/1480nm泵源連接；輸出端b與光隔離器相連,能夠保證光路的單向傳輸，10:90光f禹合器的三個端口分別為輸入端d和輸出端e、f,其中輸入端d與偏芯結構相連,輸出端e與波分復用器的輸入端c相連構成環(huán)形腔，輸出端f為整個光纖激光傳感器的輸出端。
[0007]所述偏芯結構的制備方法，步驟如下:
[0008]1)將一段標準單模光纖與中間段單模光纖進行偏芯熔接，放電量200bit，通過控制熔接機的步進電機來控制偏芯量，通常偏芯距離小于8 μ m ;
[0009]2)截取中間段單模光纖長度為2_4cm ；
[0010]3)將第三段單模光纖與截取之后的中間段單模光纖進行再次偏芯熔接，放電量與之前操作相同，偏芯量通過熔接機的步進電機手動控制，并同時通過光譜分析儀觀測偏芯結構的透射譜，當消光比達到最大時，進行熔接，即可制得所述的偏芯結構。
[0011]本發(fā)明的工作機理:
[0012]由標準單模光纖構成的偏芯結構，根據干涉原理，可作為一種梳狀光纖濾波器用于傳感頭的設計。將偏芯結構放入到環(huán)路諧振腔中可以實現(xiàn)單波長激光的產生。由于偏芯結構對溫度，曲率等多種參量敏感，因此通過改變這些參量值，偏芯結構形成的光纖濾波器的通帶范圍將隨之發(fā)生變化，進而輸出的激光中心波長會發(fā)生相應漂移。由于波長的漂移量和參量值的變化量呈線性比例變化，因此通過記錄中心波長漂移量的變化能夠實現(xiàn)溫度，曲率等參量的測量，
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果是:
[0014]由泵浦源和標準單模光纖構成的偏芯結構主要構成的光纖激光傳感系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)對溫度，曲率等參量的測量，其測量范圍廣，靈敏度高，探測極限小，結構簡單，成本低廉，效果顯著，適于推廣應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為該基于偏芯結構的高靈敏光纖激光傳感器結構示意圖。
[0016]圖2為偏芯結構放大示意圖。
[0017]圖3為偏芯結構的透射譜圖。
[0018]圖中:1.980nm/1480nm泵源2.波分復用器3.摻鉺光纖4.光隔離器5.偏芯結構6.10:90光稱合器7.標準單模光纖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的具體說明:
[0020]實施例:
[0021]一種基于偏芯結構的高靈敏光纖激光傳感器，如圖1所示，由波分復用器2、摻鉺光纖3、光隔離器4、偏芯結構5和10:90光稱合器6組成并通過單模光纖連接構成環(huán)路諧振腔，波分復用器2的三個端口分別為輸入端a、輸出端b和輸入端c,其中輸入端a與980nm/1480nm泵源1連接；輸出端b與光隔離器4相連，10:90光耦合器6的三個端口分別為輸入端d和輸出端e、f,其中輸入端d與偏芯結構5相連,輸出端e與波分復用器2的輸入端c相連構成環(huán)形腔，輸出端f為整個光纖激光傳感器的輸出端。
[0022]所述偏芯結構的制備方法，步驟如下:
[0023]1)將一段標準單模光纖與中間段單模光纖進行偏芯熔接，放電量200bit，通過控制熔接機的步進電機來控制偏芯量，通常偏芯距離小于8 μ m ;
[0024]2)截取中間段單模光纖長度為2_4cm ；
[0025]3)將第三段單模光纖與截取之后的中間段單模光纖進行再次偏芯熔接，放電量與之前操作相同，偏芯量通過熔接機的步進電機手動控制，并同時通過光譜分析儀觀測偏芯結構的透射譜，當消光比達到最大時，進行熔接，即可制得所述的偏芯結構。
[0026]該實施例的工作分析:泵浦光經波分復用器2的端口 b輸入摻鉺光纖3得到了增益，通過光隔離器4保證光在環(huán)形諧振腔中單向傳輸，之后通過偏芯結構5，根據激光的產生條件，能夠在鉺纖最大增益處實現(xiàn)單波長的輸出。這些光經過10:90耦合器6的輸出端e回到波分復用器2，經過輸出端f輸出激光。通過改變偏芯結構周圍的環(huán)境，如升溫調諧，對光纖彎曲等，使相應激光發(fā)生漂移，通過記錄波長漂移量，實現(xiàn)對溫度，曲率等參量的測量。
【權利要求】
1.一種基于偏芯結構的高靈敏光纖激光傳感器，其特征在于:由以下部分依次連接組成:980nm/1480nm泵源(I)、波分復用器(2)、摻鉺光纖(3)、光隔離器(4)、偏芯結構(5)、10:90光耦合器(6);泵源(I)的輸出端接波分復用器(2)的端口 a ;波分復用器(2)的端口 b接摻鉺光纖(3)的輸入端；摻鉺光纖(3)的輸出端與一個光隔離器(4)的輸入端相連，光隔離器⑷的輸出端接一個偏芯結構(5);偏芯結構(5)的另一端口接10:90光稱合器(6)的輸入端口 d ；10:90光耦合器(6)的另一端口 e接回波分復用器⑵的端口 c ;端口 f作為激光傳感器的輸出端口。
2.如權利要求1所述的偏芯結構，其特征在于:將一段標準單模光纖的兩端分別與另外兩段單模光纖偏芯熔接，形成了一個偏芯結構；標準單模光纖偏芯結構作為傳感頭使用，放入環(huán)形諧振腔中可作為產生激光的光濾波器。
3.如權利要求1所述的基于偏芯結構的光纖激光傳感器，其特征在于:光纖傳感器用泵浦光源代替寬帶光源。
【文檔編號】G01D5/26GK104390655SQ201410482290
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權日:2014年9月19日
【發(fā)明者】袁其平, 郝霞, 張衛(wèi)華, 童崢嶸 申請人:天津理工大學