[发明专利]一种全光纤型多径干涉仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤通信和光纤传感领域中的干涉仪，可作为基本的光纤通信器件，用作调制器、滤波器、光开关等，也可用于温度、折射率等的测量。

背景技术

在光纤通信和光纤传感领域中，马赫曾德干涉仪是基本器件，对环境参数，如温度、折射率、压力、应变等具有非常高的灵敏度，是光纤传感系统中常用的器件。传统的马赫曾德干涉仪其干涉谱为近似的正弦或余弦曲线，形式单一。基于具有不同光程差的多路径光波发生干涉这一原理实现的多径干涉仪，具有更丰富的物理现象，但是现有的多径干涉仪都是利用耦合器和光纤这些分离的原件搭建起来的，未见集成的器件，一般的结构都是采用两个3x3的耦合器，端口间连接不同长度或不同种类的光纤来实现，集成度不高。

  与传统的传感器相比，光纤传感器由于具有结构微小、紧凑，易弯曲，电绝缘，抗电磁干扰，耐腐蚀，熔点高等特点，在特殊场合的温度测量方面具有巨大的优势，也可以基于对折射率的传感实现对化工、生物等方面的监测。光纤温度传感器的测量原理有很多种，比如：基于干涉型的传感器、基于光栅型的传感器、基于拉曼或布里渊散射的分布式传感器等，温度灵敏度较低，一般是10um/℃，而其他一些采用特殊材料的光纤或向空心光纤中灌注液体的方案往往工艺复杂，成本高，且不稳定。由于目前分布式光纤传感器的空间分辨率还不高，相对来说更适用于长距离的传感场合，而短距离小范围的温度测量则常采用点阵式或准分布式的传感器。其中光栅型的传感器，由于光栅刻写复杂，对工艺要求很高，价格昂贵，高温时会受破坏性能不稳定，易损毁。折射率传感普遍采用的方案是利用细光纤与其他光纤熔接搭建的模式干涉仪来实现，所用的细光纤包层直径为几微米甚至纳米量级的细光纤，显然这种光纤非常脆弱，这类传感器难以实现实际应用。

高性价比、高灵敏度的光纤传感方案一直是本领域所追求的最佳方案，为了得到更高的响应率，大多采用特殊材料的光纤（如聚合物包层光纤）做传感媒介，或者在空心光纤中灌入特殊液体，这些方案对工艺要求很高，器件稳定性差，而且成本高。

发明内容

鉴于现有技术存在的问题，本发明提出一种全固态光纤型的多径干涉仪，在单根光纤内实现多径干涉，集成度高，结构简单，易于制作，性能稳定。 

本发明采用的技术方案是：本发明所述全光纤型多径干涉仪是由第一单模光纤、多模光纤、多芯光纤和第二单模光纤依次串接组成的单根光纤，多芯光纤和第二单模光纤的连接处是经多次放电致折射率均匀分布的坍塌熔接区，多模光纤的纤芯半径大于多芯光纤最外层纤芯与多芯光纤中心的距离。

所述多芯光纤的每个芯的折射率均不一样，芯与包层之间的折射率不一样，芯与芯的折射率差值是                                                量级，芯与包层的折射率差值在量级之间。

进一步地，所述多芯光纤的芯径为8.8um，多芯光纤的芯与芯之间的间隔为37.75um。

 本发明与以往技术相比具有以下有益效果：

     1、本发明是全固态二氧化硅光纤马赫曾德干涉仪，干涉谱呈现出多个周期叠加共存的现象，是一种高度集成的光学器件，对环境参数改变引起的干涉仪相位变化具有更高的响应度，能有效提高传感的灵敏度，作为温度或折射率传感具有更高的灵敏度，插入损耗很小，制作简单，调节灵活，性价比高。

2、本发明采用了多芯光纤，并通过多模光纤激发，由于多芯光纤纤芯和包层的折射率不一样，并且不同纤芯间的折射率也可不一样，包层模和不同的纤芯模在多芯光纤中传输后产生的相位延迟不一样，这些具有不同光程的多路光波会在多芯光纤与单模光纤的连接处发生干涉，由此实现了在单根光纤内产生的多径干涉。

3、本发明所用的光纤是具有标准包层直径的全固态光纤，可以根据需要调整不同光纤的长度及熔接、对准参数以得到不同的性能，物理现象丰富，功能强大。

附图说明

图1是本发明所述一种全光纤型干涉仪结构示意图；

图2是图1中多芯光纤3的横截面放大示意图；

图3是图1的光纤连接放大示意图；  

图4是由图1所述一种全光纤型干涉仪所搭建的温度传感器装置图；

图5是本发明所述一种全光纤型干涉仪的多径干涉谱图；

图中：1.第一单模光纤；2.多模光纤；3.多芯光纤；4.第二单模光纤；5.连接处；6.光源；7.光谱仪或光电探测器。

具体实施方式