[发明专利]一种基于干涉谱游标效应和环形腔衰荡光谱技术的温度传感器

权利要求书

1.一种基于干涉谱游标效应和环形腔衰荡光谱技术的温度传感器，其特征在于，沿光路方向包括：DFB光纤激光器、偏振器、电光调制器、隔离器、FP腔、衰荡环路、光电探测器；所述DFB光纤激光器、偏振器、电光调制器、隔离器、FP腔、衰荡环路、光电探测器通过单模光纤连接；

所述衰荡环路沿光路方向依次包括：第一耦合器、第二耦合器、Sagnac干涉环、环形器、平顶光栅、EDFA放大器、第三耦合器；所述第一耦合器、第二耦合器、Sagnac干涉环、环形器、平顶光栅、EDFA放大器、第三耦合器通过单模光纤连接；

光源发出的连续光经所述偏振器和所述电光调制器后变为脉冲光，所述脉冲光经所述FP腔反射后，由所述第一耦合器的10％的输入端进入所述衰荡环路，所述脉冲光在所述衰荡环路内每循环一周，其部分能量由所述第三耦合器的1％输出，所述光电探测器将其转化为电压信号，由示波器显示。

2.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，

所述Sagnac环内包含一段长度为0.1-2米的双孔光纤，所述双孔光纤两端与所述单模光纤熔接；所述双孔光纤包含纤芯和两个相对于所述纤芯对称分布的空气孔，两个所述空气孔内填充酒精。

3.根据权利要求2所述的温度传感器，其特征在于，

所述双孔光纤与单模光纤的直径均为110-140微米，所述双孔光纤的两个空气孔的直径均为10-30微米，两孔间隔40-60微米。

4.根据权利要求3所述的温度传感器，其特征在于，

所述双孔光纤的长度为1米，其与单模光纤直径均为125微米，所述双孔光纤的两个空气孔的直径均为20微米，两孔间隔50微米。

5.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，

所述FP腔为石英管，两端熔接所述单模光纤，所述石英管长度为100-500微米，所述石英管外径与所述单模光纤直径均为110-140微米，所述石英管内径为20-80微米。

6.根据权利要求5所述的温度传感器，其特征在于，

所述石英管长度为300微米，所述石英管外径与所述单模光纤直径均为125微米，所述石英管内径为60微米。

7.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，

所述FP腔干涉谱为：

其中，I_FP为FP腔干涉谱光强，I₁和I₂分别为FP腔反射面1和反射面2的反射光强，d为FP腔的长度，n为FP腔内空气折射率，λ为入射光的波长，FP腔的自由光谱范围FSR_FP为

FSR_FP＝λ²/2nd (2)

所述Sagnac环的透射谱为：

其中，I_sagnac为Sagnac环干涉谱光强,B和L分别为双孔光纤的双折射系数和长度，λ为入射光的波长，Sagnac环的自由光谱范围FSR_Sagnac为

FSR_Sagnac＝λ²/BL (4)

干涉谱包络的自由光谱范围FSR_Envelope与FP腔自由光谱范围FSR_FP和Sagnac环自由光谱范围FSR_Sagnac的关系为

当Sagnac环在温度的作用下频移时，干涉谱包络随之频移，且频移量是Sagnac环频移量的M倍，M为灵敏度增大因子，表示为

所述M的取值范围为10-50。

8.根据权利要求7所述的温度传感器，其特征在于，所述M的取值为20。

9.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，

Sagnac环干涉的透射谱可表示为:

其中，I_sagnac为Sagnac环干涉谱光强,B和L分别为双孔光纤的双折射系数和长度，λ为入射光波长，其自由光谱范围FSR_Sagnac可表示为

FSR_Sagnac＝λ²/BL (2)

当双孔光纤温度变化ΔT时，Sagnac环就会产生频移，频移量Δλ_Sagnac为

其中，ΔB为温度变化ΔT时双孔光纤的双折射系数的变化量；

当DFB激光器的波长λ位于Sagnac环透射谱的边带上时，通过Sagnac环的信号光的强度变化ΔI随Sagnac环透射谱频移Δλ_Sagnac的变化关系为

ΔI＝k·Δλ_Sagnac (4)

式中，ΔI为信号光强度，k为Sagnac环透射谱的边带斜率；

将(3)式带入(4)式得：

所述光电探测器将信号光强转化为电压信号，其电压变化量与温度变化的关系为

式中，ΔV为电压变化量，α为光电探测器的转化效率；

通过检测光电探测器的输出电压的变化即可获得温度的变化。