[发明专利]一种基于实芯光子晶体光纤的法布里-珀罗干涉传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及到基于实芯光子晶体光纤的非本征型光纤法布里-珀罗干涉传感器及其制作方法。

背景技术

光纤法布里-珀罗（F-P）干涉传感器，凭借其抗电磁干扰能力强、精度高、稳定性好可靠性好、分辨率高等优势,在应变、压力、振动、加速度、温度、折射率测量等领域得到广泛应用。非本征型光纤法珀干涉传感器是应用最为广泛的一种光纤法珀干涉仪，其干涉腔由空气或其它非光纤的固体介质（如中空的石英玻璃管）构成，光纤仅起到光传输介质的作用。它不仅具有光纤传感器的所有优点，而且能克服本征型光纤法珀传感器对各方向应变敏感和受温度影响较大的缺点。目前非本征型光纤法珀干涉传感器有多种制作方法: 在毛细管中对接两根光纤, 两端面形成F-P腔, 该方法制作简单,但腔长难以精确控制;通过熔接多层单模光纤和多模光纤制成的F-P传感器,方法也很简单,但是多层光纤膜结构形成的多重F-P干涉,会影响信号的解调; 直接用多模光纤腐蚀出凹腔, 然后熔接到单模光纤上形成F-P腔，该方法腔长难以精确控制；用飞秒激光器在单模光纤上刻腔制作F-P腔,具有很好的效率和精度,但是加工系统的成本较高，且由于刻腔造成应力集中影响了机械性能；在两根单模光纤中间熔接一段空心光纤或空芯光子晶体光纤形成F-P腔，但是制作工艺复杂、机械强度低并且需要专门的切割程序来控制腔长，这些缺点影响了干涉仪的性能和鲁棒性。由于非本征型光纤法珀干涉传感器的衍射损耗，要获得高精细度和高对比度必须严格限制法珀腔的腔长（一般小于10μm）或采用复杂工艺制作成平-凹或凹-凹腔结构。所以上述传统方法制作的一般都是低精细度的EFPI或菲索干涉仪。这种干涉仪光源利用效率低，探测信号弱，在利用波长解调时测量精度低。

专利号200710078515.3“基于空芯光子晶体光纤的法-珀干涉传感器及其制作方法”中利用一根空芯光子晶体光纤和两根单模光纤构成法-珀干涉传感器。但是制作工艺复杂，不适合批量生产。

专利号200710179458.8“微透镜光纤法布里-珀罗干涉仪”中，利用两根端面镀高反射模的光纤，其中一个或两个镀膜光纤端面上制作有微透镜，镀膜光纤端面相互对准、平行构成法-珀干涉仪。

实芯光子晶体光纤（Photonic Crystal Fiber, PCF）又称折射率引导型光子晶体光纤, 通常由纯SiO₂制作而成，其包层存在周期性排列的空气孔。由于实芯光子晶体光纤具有独特的光学特性:如极宽单模传输、高非线性、大模场面积、可控色散等，已被广泛的用于温度、应变、微弯、折射率等的传感测量。2009年Joel Villatoro报道了利用实芯PCF制作的球形空气腔F-P干涉仪，腔长20μm到50μm，具有低温度灵敏度和高机械强度。但是由于球形腔中的较高衍射损耗，F-P干涉条纹接近双光束干涉条纹，条纹对比度只有8-12dB，精细度也只有5。因此这种干涉仪制成的传感器测量信号弱，在利用波长解调时测量精度低，不适用于大容量、准分布式的传感系统。

为了克服上述非本征型光纤法珀干涉传感器存在的缺点, 制作高精细度、高对比度的非本征型光纤法珀干涉传感器，本专利提出了一种新颖的基于实芯光子晶体光纤的微小型非本征型光纤法布里-珀罗干涉传感结构。

发明内容

发明目的

本发明的目的在于提供了一种新型的非本征型光纤法布里-珀罗干涉传感器及其制作方法；该传感器由实芯光子晶体光纤与普通单模光纤用光纤熔接机熔接，适当的熔接参数使得光子晶体光纤中的空气孔塌陷，两根光纤间的空气腔形成微椭球型光纤法布里-珀罗干涉腔。

技术方案

一种基于实芯光子晶体光纤的法布里-珀罗干涉传感器，该传感器由一根普通通信单模光纤和一根实芯光子晶体光纤构成，两者的一端用光纤熔接机熔接连接，使得光子晶体光纤中的空气孔塌陷，两根光纤间的空气腔形成微型光纤法布里-珀罗干涉腔，光子晶体光纤和单模光纤的两个端面即空气腔的前后表面为微型法布里-珀罗干涉腔的两个反射面，其干涉腔为椭球腔，腔长8μm-20μm，反射凹面曲率半径和腔长接近相等。

作为一种优化方式所述的普通通信单模光纤为SMF，实芯光子晶体光纤为SM-7.0。

作为进一步优化方式所述的法布里-珀罗干涉传感器的带宽为2.1nm，精细度为47，对比度为30dB。

一种基于实芯光子晶体光纤的法布里-珀罗干涉传感器的制作方法，其特征在于：该方法包括以

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