一種基于花生-拉椎-花生結構的馬赫-曾德折射率傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于花生-拉椎-花生結構(Peanut-Taper-Peanut structure)的馬赫-曾德折射率傳感器，其特征在于：由入射光纖(1)、第一個花生型結構(2)、第一段連接光纖(3)、光纖拉椎結構(4)、第二段連接光纖(5)、第二個花生型結構(6)、出射光纖(7)組成；第一個花生型結構(2)和第二個花生型結構(6)用同樣的參數制作。第一個花生型結構(2)兩邊分別與入射光纖(1)以及第一段連接光纖(3)相連接，第二個花生型結構(6)兩邊分別與第二段連接光纖(5)以及出射光纖(7)相連接，第一段連接光纖(3)和第二段連接光纖(5)中間接光纖拉椎結構(4)。由入射光纖(1)，第一個花生型結構(2)，第一段連接光纖(3)，光纖拉椎結構(4)，第二段連接光纖(5)，第二個花生型結構(6)，出射光纖(7)組成的線型結構。本發(fā)明靈敏度高、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】—種基于花生-拉椎-花生結構的馬赫-曾德折射率傳感器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明提供了一種基于花生-拉椎-花生型(Peanut-Taper-Peanut structure)的馬赫-曾德折射率傳感器，屬于光纖傳感【技術領域】。

【背景技術】
[0002]馬赫-曾德干涉儀(Mach-Zehnder interferometer)廣泛應用于光纖傳感系統(tǒng)中。初期，光纖的主要作用是傳輸。當一束光經耦合器分成兩束，分別沿著兩根光纖進行傳播時，其中一根作為參考光路，另一根作為調制光路。兩束光將在下一個耦合器重新匯合，發(fā)生干涉。當調制光路受到外界影響時，在調制光路中傳播的光的光程會發(fā)生改變，從而兩路光的光程差會發(fā)生變化，干涉條紋也相應的有所改變。通過干涉條紋變化和環(huán)境變化的對應關系，就可以在測量中，通過干涉條紋的變化推出環(huán)境參量的變化。隨著光纖傳感技術的不斷發(fā)展，馬赫-曾德干涉儀用于光纖傳感器的方式也發(fā)生著改變。光纖的作用也從僅僅傳輸功能演變到兼有傳輸和傳感的功能。在對光纖進行一些加工后形成的拉椎、椎腰放大、錯位、花生等結構可以作為耦合器將沿著光纖纖芯傳播的光耦合一部分進入包層，并在下一個類似的光纖耦合器將光重新耦合回纖芯，實現沿著纖芯和沿著包層分別傳播的兩部分光發(fā)生干涉。這就是馬赫-曾德干涉儀的原理。當外界環(huán)境對纖芯包層的影響不同時，沿著纖芯傳播的光和沿著包層傳播的光會由于纖芯包層對外界環(huán)境反應的差異產生干涉的變化，在光纖傳感的應用上反應在光譜圖的變化上。在分析出光譜變化和外界環(huán)境變化之間的關系后，就可以通過對光譜變化的監(jiān)測實現對外界環(huán)境的監(jiān)測，實現傳感器的作用。拉椎結構本身除了作為光纖耦合器的作用外，還因其增大了外界環(huán)境對纖芯光傳播的影響而使得傳感器對外界環(huán)境更加敏感，所以往往作為增強傳感器靈敏度的部分。基于馬赫-曾德干涉原理的傳感器在電磁干擾強、小空間環(huán)境的監(jiān)測上有其明顯的優(yōu)勢，具有制作成本低、體積小、靈敏度聞等優(yōu)點。


【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種基于花生-拉椎-花生結構的馬赫-曾德折射率傳感器。該裝置能夠將待測折射率的變化量轉化為探測信號的光譜消光比的變化。具有結構簡單、易于操作、靈敏度高等特點。
[0004]本發(fā)明通過以下技術方案實現:
[0005]一種基于花生-拉椎-花生結構(Peanut-Taper-Peanut structure)的馬赫-曾德折射率傳感器，其特征在于:由入射光纖(I)、第一個花生型結構(2)、第一段連接光纖
(3)、光纖拉椎結構(4)、第二段連接光纖(5)、第二個花生型結構(6)、出射光纖(7)組成；第一個花生型結構(2)和第二個花生型結構(6)用同樣的參數制作。第一個花生型結構(2)兩邊分別與入射光纖(I)以及第一段連接光纖(3)相連接，第二個花生型結構(6)兩邊分別與第二段連接光纖(5)以及出射光纖(7)相連接，第一段連接光纖(3)和第二段連接光纖(5)中間接光纖拉椎結構(4)。由入射光纖(I)，第一個花生型結構(2)，第一段連接光纖
(3)，光纖拉椎結構(4)，第二段連接光纖(5)，第二個花生型結構(6)，出射光纖(7)組成的線型結構
[0006]所述的一種基于花生-拉椎-花生結構(Peanut-Taper-Peanut structure)的馬赫-曾德折射率傳感器，其特征在于:入射光纖(I)、出射光纖(7)、第一段連接光纖(3)、第二段連接光纖(5)可米用G.652、G.653和G.655單模光纖,入射光纖(I)和出射光纖(7)長度為20?40cm,第一段連接光纖(3)、第二段連接光纖(5)長度均為I?2cm。
[0007]所述的一種基于花生-拉椎-花生結構(Peanut-Taper-Peanut structure)的馬赫-曾德折射率傳感器，其特征在于:其特征在于:第一個花生型結構(2)和第二個花生型結構(6)可采用G652、G.653和G.655單模光纖，長度為350?450 μ m。
[0008]所述的一種基于花生-拉椎-花生結構(Peanut-Taper-Peanut structure)的馬赫-曾德折射率傳感器，其特征在于:光纖拉椎結構(4)可采用G652、G.653和G.655單模光纖，長度為700?800 μ m。
[0009]本發(fā)明的工作原理是:入射光由第一個花生型結構(2)分成兩部分光，一部分沿著纖芯傳播，一部分沿著包層傳播，經第二個花生型結構(6)沿著纖芯傳輸的光和沿著包層傳輸的光發(fā)生干涉。外界折射率變化時，對纖芯和包層的影響不同，導致纖芯和包層的有效折射率差發(fā)生變化，從而引起光在纖芯和包層的分布發(fā)生變化，導致光譜的消光比發(fā)生變化。監(jiān)測干涉光譜的消光比即可還原折射率變化情況。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的基于花生-拉椎-花生結構的馬赫-曾德折射率傳感器示意圖；
[0011]圖2是本發(fā)明的不同折射率情況下光纖傳感器的干涉光譜變化實驗圖；
[0012]圖3是本發(fā)明的折射率靈敏度線型擬合圖；

【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖及實施實例對本發(fā)明作進一步描述:
[0014]參見附圖1,一種基于花生-拉椎-花生結構(Peanut-Taper-Peanut structure)的馬赫-曾德折射率傳感器，由入射光纖(I)、第一個花生型結構(2)、第一段連接光纖(3)、光纖拉椎結構(4)、第二段連接光纖(5)、第二個花生型結構(6)、出射光纖(7)組成；第一個花生型結構(2)和第二個花生型結構(6)用同樣的參數制作。第一個花生型結構(2)兩邊分別與入射光纖(I)以及第一段連接光纖(3)相連接，第二個花生型結構(6)兩邊分別與第二段連接光纖(5)以及出射光纖(7)相連接，第一段連接光纖(3)和第二段連接光纖
(5)中間接光纖拉椎結構(4)。由入射光纖(I)，第一個花生型結構(2)，第一段連接光纖
(3)，光纖拉椎結構(4)，第二段連接光纖(5)，第二個花生型結構(6)，出射光纖(7)組成的線型結構。
[0015]第一個花生型結構(2)第二個花生型結構(6)和光纖拉椎結構(4)均采用普通G.652單模光纖,兩個花生型結構長度為402.6 μ m,光纖拉椎結構(4)長度為735.4 μ m。融接在其兩端的連接光纖為普通G.652單模光纖，長度為2cm。入射光纖(I)與出射光纖(7)均采用普通G.652單模光纖，長度均為30cm。第一個花生型結構(2)，第一段連接光纖(3)，光纖拉椎結構(4)，第二段連接光纖(5)，第二個花生型結構(6)所構成的線型結構是傳感頭部分，用于探測外界折射率的大小。實驗時，將入射光纖(I)與出射光纖(7)兩段分別固定在平臺上，在傳感頭下方置放一個升降臺，升降臺上可以放上載以不同折射率液體的載破片。在測量時升高升降臺，使得傳感頭與液體接觸，測量數據后下降升降臺以替換載以另一折射率液的載玻片。圖(2)為室溫條件下不同折射率時的干涉光譜變化實驗圖，可見，當施加在傳感頭上的折射率在1.3334?1.4081的范圍內變化時，對應傳感頭的干涉光譜由23.891變到7.786。圖3是本發(fā)明的折射率靈敏度線型擬合圖，在折射率從1.3334變到1.3692時該傳感器的靈敏度為240.78消光比/折射率單位，在折射率從1.3692變到
1.4081時該傳感器的靈敏度為186.08消光比/折射率單位。
【權利要求】
1.一種基于花生-拉椎-花生結構(Peanut-Taper-Peanut structure)的馬赫-曾德折射率傳感器，其特征在于:由入射光纖(I)、第一個花生型結構(2)、第一段連接光纖(3)、光纖拉椎結構(4)、第二段連接光纖(5)、第二個花生型結構(6)、出射光纖(7)組成；第一個花生型結構(2)和第二個花生型結構(6)用同樣的參數制作。第一個花生型結構(2)兩邊分別與入射光纖(I)以及第一段連接光纖(3)相連接，第二個花生型結構(6)兩邊分別與第二段連接光纖(5)以及出射光纖(7)相連接，第一段連接光纖(3)和第二段連接光纖(5)中間接光纖拉椎結構(4)。由入射光纖(I)，第一個花生型結構(2)，第一段連接光纖(3)，光纖拉椎結構(4)，第二段連接光纖(5)，第二個花生型結構(6)，出射光纖(7)組成的線型結構。
2.根據權利要求1所述的一種基于花生-拉椎-花生型(Peanut-Taper-Peanutstructure)的馬赫-曾德折射率傳感器，其特征在于:入射光纖(I)、出射光纖(7)、第一段連接光纖(3)、第二段連接光纖(5)可米用G.652、G.653和G.655單模光纖,入射光纖(I)和出射光纖(7)長度為20?40cm，第一段連接光纖(3)、第二段連接光纖(5)長度均為I?2cm。
3.根據權利要求1所述的一種基于花生-拉椎-花生型(Peanut-Taper-Peanutstructure)的馬赫-曾德折射率傳感器，其特征在于:第一個花生型結構(2)和第二個花生型結構(6)可采用G.652、G.653和G.655單模光纖，長度為350?450 μ m。
4.根據權利要求1所述的一種基于花生-拉椎-花生型(Peanut-Taper-Peanutstructure)的馬赫-曾德折射率傳感器，其特征在于:光纖拉椎結構(4)可采用G.652、G.653和G.655單模光纖，長度為700?800 μ m。
【文檔編號】G01N21/45GK104297209SQ201410581790
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月23日 優(yōu)先權日:2014年10月23日
【發(fā)明者】倪凱, 黃然, 馬啟飛, 吳雪英 申請人:中國計量學院