[發明專利]基于三芯光纖的馬赫曾德干涉儀

有效

• 申請號: 201310289045.0
• 申請日: 2013-07-10
• 公開（公告）號: CN103345020A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 劉勝春
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G02B6/26
• 分類號: G02B6/26;G02B6/036;G02B6/255;G01D5/353
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

技術領域

本發明屬于光纖傳感、光纖通信技術領域，特別涉及一種基于三芯光纖的馬赫曾德干涉儀。

背景技術

光纖馬赫曾德干涉儀以其插入損耗小，與光纖的兼容性好，具有梳狀濾波特性等優點，在光纖傳感、光纖通信等領域中具有重要的應用價值。

傳統光纖馬赫曾德干涉儀由兩個光纖耦合器串接而成。光信號經過第一個耦合器分別輸入到兩個獨立光纖干涉臂形成相干光，然后經過第二個耦合器輸出形成干涉。當外界環境參數如應變、位移等作用于傳感臂時，會導致光譜發生波長漂移，進而通過光譜分析儀實現信號檢測。這種傳統的光纖馬赫曾德干涉儀已有相當多的文獻報道，但是存在溫度穩定差，體積較大，靈敏度低等問題。

多芯光纖是一種極其重要的無源光器件，它在光纖傳感及光纖通信領域發揮了不可替代的作用。由于具有結構緊湊，柔軟易于彎曲等優點，多芯光纖獲得了廣泛的研究。中國專利申請200710072625.9提出一種纖維集成式馬赫曾德干涉儀及其制造方法，由于雙芯光纖兩纖芯中間沒有采用消除耦合的設計，光功率在兩個纖芯耦合較強,靈敏度較低。中國專利申請200910044806.X提出一種基于同軸光纖的馬赫曾德干涉儀，這種干涉儀采用多段同軸光纖和單模光纖交替連接而成，制作復雜，成本較高。中國專利申請201010186908.8提出一種雙F-P腔與馬赫曾德組合干涉儀，這種干涉儀采用單芯保偏光纖和熔嵌式雙芯保偏光纖熔接而成；其中雙芯光纖中間為空氣孔，在熔嵌式雙芯保偏光纖的兩個纖芯上分別刻寫Bragg光纖光柵對構成雙F-P腔。這種干涉儀需要在單模光纖和雙芯光纖之間進行熔接拉錐，這會造成兩干涉臂的長度不一致，也會造成雙芯光纖兩纖芯的中心不在一條直線，影響干涉儀的靈敏度；同時拉錐長度越長，光信號的損耗也會越大；又由于雙芯之間為空氣孔設計，空氣孔制作較復雜；在拉錐過程中空氣孔中的氣壓、溫度都會發生變化，雙芯光纖兩纖芯性能也會受到較大影響。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于三芯光纖的馬赫曾德干涉儀，該干涉儀由寬帶光源、輸入光纖、三芯光纖、輸出光纖、光譜分析儀依次連接構成；其特征在于：采用改變輸入光纖纖芯模數、輸出光纖纖芯模數或二者同時改變的方式而改變輸入光纖和輸出光纖的模數，然后與寬帶光源、三芯光纖、光譜分析儀連接構成四種結構的馬赫曾德干涉儀；

采用單模輸入、輸出光纖與三芯光纖構成的馬赫曾德干涉儀結構由寬帶光源、單模輸入光纖1、三芯光纖3、單模輸出光纖6和光譜分析儀依次連接構成；所述三芯光纖包括第一纖芯、第二纖芯和第三纖芯，三個纖芯依次等距平行排列，第二纖芯位于第一纖芯和第三纖芯中間；單模輸入光纖纖芯和第二纖芯的一端熔接，單模輸出光纖纖芯和第二纖芯的另一端熔接；在三個纖芯的中間，第二纖芯的中部位置用激光器切割出空氣層，且空氣層與第一纖芯和第三纖芯對稱；將光纖連接處進行清洗，再用環氧樹脂進行封裝固化。

所述第一纖芯和第三纖芯相對邊沿最近距離為h；空氣層的寬度為d，長度為L；且空氣層的寬度d大小滿足條件9μm＜d＜h，長度L＜三芯光纖的長度。

所述三芯光纖中間采用空氣層設計，三芯光纖中間的第二纖芯被切斷，光信號經過單模輸入光纖進入三芯光纖中間纖芯，光信號經過包層耦合到兩個對稱的第一纖芯和第三纖芯形成相干光，第一纖芯和第三纖芯三芯為干涉儀的兩個干涉臂；同時由于空氣層的存在，阻止了光信號在第一纖芯和第三纖芯間的耦合；當光信號傳輸到空氣層的另一端后，第一纖芯和第三纖芯中的光信號分別耦合到中間第二纖芯中形成干涉，并經單模輸出光纖輸出，使得干涉儀的靈敏度得到了很大的提高。

所述采用多模輸入、單模輸出的馬赫曾德干涉儀結構，在干涉儀結構中，單模輸入光纖纖芯采用多模輸入光纖纖芯，使單模輸入光纖變成多模輸入光纖、然后由寬帶光源、多模輸入光纖、三芯光纖、單模輸出光纖和光譜分析儀依次連接構成；其中第一纖芯和第三纖芯相對邊沿最近距離為h；空氣層的寬度為d，長度為L；且空氣層的寬度d大小滿足條件9μm＜d＜h，長度L＜三芯光纖的長度。

所述采用單模輸入、多模輸出的馬赫曾德干涉儀結構，在干涉儀結構中，單模輸出光纖纖芯采用多模輸出光纖纖芯，使單模輸出光纖變成多模輸出光纖、然后由寬帶光源、單模輸入光纖、三芯光纖、多模輸出光纖和光譜分析儀依次連接構成；其中第一纖芯和第三纖芯相對邊沿最近距離為h；空氣層的寬度為d，長度為L；且空氣層的寬度d大小滿足條件9μm＜d＜h，長度L＜三芯光纖的長度。