[实用新型]一种基于飞秒激光器的光纤空气环腔温度传感器

说明书

技术领域

本实用新型提供了基于飞秒激光器的光纤空气环腔温度传感器，属于光纤传感技术领域。

背景技术

马赫曾德干涉仪广泛应用于传感领域中，它是运用双光束干涉原理制作而成。传统的马赫曾德干涉仪需要两根长度相同的单模光纤，除了需要测量的物理量以外容易受到如湿度等其他物理量的影响。由此可见，传统的马赫曾德干涉仪制作困难。于是，全光纤马赫曾德干涉仪被提出来。目前的全光纤马赫曾德干涉仪主要是基于FBG，LPFG，PCF，光纤拉椎，光纤错位连接等结构构成，虽然灵敏度很高，但是这些马赫曾德干涉仪构成的温度传感器尺寸大，不易于重复利用。为了解决以上的问题，一种新型的全光纤马赫曾德干涉仪被提出，这种温度传感器的制作使用到了飞秒激光器，飞秒激光器用于精密微纳加工，可实现超高分辨率，超高精度，从而达到纳米尺度的加工制造。这种全光纤的马赫曾德干涉仪具有灵敏度高，结构微小等优点。

基于飞秒激光器的光纤空气环腔温度传感器中的空气环腔结构使得原来仅在纤芯中传输的光分别以纤芯模和空气环腔模的形式进行传输并发生干涉，在光谱仪上显示出干涉条纹。当使用该传感器对外界环境温度进行测量时，每次改变温度都会使干涉条纹发生漂移。这是由于空气环腔模和纤芯模对温度变化的响应程度不同，从而导致原来的光程差发生改变。随着光程差的改变，干涉条纹就会有所改变。当温度经过一系列的变化之后，即可以在光谱仪上观察到与之相对应的一系列的干涉条纹。在干涉条纹的某些特征位置，比如干涉峰或干涉谷，可以看到极值所位于的波长发生漂移，通过监测干涉光谱的漂移量可以实现温度测量。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于飞秒激光器的光纤空气环腔温度传感器。该装置能够将待测温度的变化量转化为探测信号的波长漂移量。具有高灵敏度，结构微小，易于重复使用等优点。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种基于飞秒激光器的光纤空气环腔温度传感器，由入射光纤(1)、空气环腔结构(2)、出射光纤(3)组成；空气环腔结构(2)的两端分别与入射光纤(1)和出射光纤(3)相连接；入射光纤(1)和空气环腔结构(2)与出射光纤(3)共同构成全光纤马赫曾德干涉仪。

所述的一种基于飞秒激光器的光纤空气环腔温度传感器，其特征在于：入射光纤(1)、出射光纤(3)均可采用G.652单模光纤，入射光纤(1)和出射光纤(5)长度为20～40cm。

所述的一种基于飞秒激光器的光纤空气环腔温度传感器，其特征在于：空气环腔结构(2)所使用的光纤为可采用G.652单模光纤，长度为50um～100um，空气环腔结构(2)的环腔外圆半径为4um～7um，内圆半径为2um～5um。

本实用新型的工作原理是：当宽带光源发出的光经过入射光纤到达空气环腔时，由于入射光纤的纤芯直径比具有空气环腔结构的这段光纤的纤芯直径粗。这样原本在纤芯中传输的光被分成两部分，一部分光将继续沿着纤芯传输，另一部分光进入空气环腔中传输，当到达空气环腔结构终点时，在空气环腔中传输的光将与在纤芯中传输的光发生干涉，最后经过出射光纤到达光谱仪。

其中纤芯与空气环腔之间传输的光发生了干涉，可以用已知的公式得：

其中I_core和I_cavity分别是从纤芯和空气环腔结构中传出的光的光强，λ为入射光波长，L是空气环腔的长度，是纤芯模与空气环腔模之间的有效折射率差，是干涉的初始相位。由于L是常数，那么这个马赫曾德干涉仪的温度灵敏度的公式为