[发明专利]一种超紧凑全光纤马赫-泽德干涉仪及其制作方法

说明书

本发明公开了一种超紧凑全光纤马赫‑泽德干涉仪，包括光子晶体光纤、第一单模光纤和第二单模光纤，光子晶体光纤的一端和第一单模光纤熔接，在熔接点处形成封闭的球形空气腔，对球形空气腔拉锥形成封闭在光纤拉锥区中的纺锤型空气腔，光子晶体光纤的另一端与第二单模光纤连接。利用光子晶体光纤和普通单模光纤熔接技术形成封闭空气腔并用光纤拉锥机拉锥形成马赫‑泽德干涉仪。本发明还公开了一种超紧凑全光纤马赫‑泽德干涉仪的制作方法，超短的干涉臂长使光传输损耗大大降低，可获得高对比度的干涉信号；大大减小弯曲带来的串扰，提高了系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，特别是一种超紧凑全光纤马赫-泽德干涉仪及其制作方法。

背景技术

传统光纤马赫-泽德干涉仪由于其体积小、质量轻、分辨率和测量精度高、结构紧凑以及可靠性高等特点，在光纤传感中占据着十分重要的地位，并已在折射率、应力、温度等领域得到了应用。传统光纤马赫-泽德干涉仪采用两个3dB 耦合器实现，由两根光纤构成干涉臂，在各种应用中易受外界环境干扰，稳定性及抗干扰能力较差。因此，人们尝试将MZI制作在同一根光纤上制成全光纤马赫-泽德干涉仪，结构紧凑、制作简单、稳定性好，因而得到了研究人员广泛的研究兴趣。

全光纤马赫-泽德干涉仪可在单模光纤（SMF）上引入锥区构成、通过纤芯错位熔接构成、还可利用双芯光纤构成；以上分别在文献《Fiber Mach-Zehnder interferometerbased on concatenated down-and up-tapers for refractive index sensingapplication [J]》（Opt. Commun., 2013, 288:47-51），《Single-mode fiber refractiveindex sensor based on core-offset attenuators》（IEEE PHOTONICS TECHNOLOGYLETTERS, 20(16): 1387-1389,2008），《用于应力传感的双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪［Ｊ］》（光电子·激光，2010, 21（10）：1488-1491）中有公开。申请（专利）号201010606119.5“一种光纤马赫-泽德干涉仪的制造方法”中使用光纤熔接机在普通单模光纤上制作两个相隔一定距离的熔融-连接点构成。光子晶体光纤（PCF）由于其新颖的特性也已在光纤马赫-曾德尔干涉仪的制作中得到了广泛的应用。如文献《直接熔融塌陷光子晶体光纤马赫-曾德尔干涉仪的折射率传感特性》（中国激光, 2014, 41(5)：0505008），通过电弧放电使实芯光子晶体光纤空气孔受热塌陷，形成一个锥区制作成光纤马赫-曾德尔干涉型折射率传感器。如文献《Agarose gel filled temperature-insensitive photonic crystal fibershumidity sensor based on the tunable coupling ratio》（Sensors and Actuators B,2014, 195:313-319）中，将琼脂糖胶填充在准直的SMF和PCF之间，PCF 另一端与另一根SMF塌陷熔接，构成全光纤马赫-泽德干涉型湿度传感器。

以上全光纤马赫-泽德干涉仪由于两传输路径的等效折射率接近，需要数厘米的干涉臂，传输损耗较大，且干涉条纹对比度易受环境干扰，限制了测量精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种超紧凑全光纤马赫-泽德干涉仪及其制作方法，本发明的超短的干涉臂长使光传输损耗大大降低，可获得高对比度的干涉信号；大大减小弯曲带来的串扰，提高了系统的稳定性。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种超紧凑全光纤马赫-泽德干涉仪，包括光子晶体光纤、第一单模光纤和第二单模光纤，光子晶体光纤的一端和第一单模光纤熔接，在熔接点处形成封闭的球形空气腔，对球形空气腔拉锥，形成封闭在光纤拉锥区中的纺锤型空气腔，光子晶体光纤的另一端与第二单模光纤连接。