[发明专利]一种基于反射式微纳光纤耦合器的扭转传感器

权利要求书

1.一种基于反射式微纳光纤耦合器的扭转传感器，其特征在于：包括宽带光源(1)、反射式微纳光纤耦合器传感单元(2)和光谱仪(3)，所述反射式微纳光纤耦合器传感单元(2)的一侧同时与所述宽带光源(1)、光谱仪(3)连接，所述宽带光源(1)、反射式微纳光纤耦合器传感单元(2)和光谱仪(3)均通过光纤熔接的方式相互连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于反射式微纳光纤耦合器的扭转传感器，其特征在于：所述反射式微纳光纤耦合器传感单元由一根单模光纤绕成环状，两段尾纤进行拉锥耦合制成，其光场入射端P1与出射端P2位于同一侧，光纤耦合区内两段锥形光纤通过倏逝场进行能量交换。

3.根据权利要求2所述的一种基于反射式微纳光纤耦合器的扭转传感器，其特征在于：所述宽带光源(1)从反射式微纳光纤耦合器传感单元入射端P1输入光纤耦合区(24)后，一部分耦合至另一段锥形光纤并从P4端口输出，其余部分从P3端口输出，经P3端口、P4端口输出的光会沿着反射环分别顺时针和逆时针传输至P4端口和P3端口，重新进入耦合区，最后从出射端P2透射，并由光谱仪(3)探测。

4.根据权利要求1所述的一种基于反射式微纳光纤耦合器的扭转传感器，其特征在于：所述反射式微纳光纤耦合器传感单元还包括偏振控制器(23)，所述偏振控制器(23)设置于反射环(21)内且与光纤夹具(22)间隙设置，所述光纤夹具包括第一光纤夹具和第二光纤夹具，反射环(21)内的扭转角度由夹持在反射环内一段单模光纤上的第一光纤夹具和第二光纤夹具控制。

5.根据权利要求4所述的一种基于反射式微纳光纤耦合器的扭转传感器，其特征在于：所述偏振控制器设置在反射环内靠近P3端口处。

6.根据权利要求4所述的一种基于反射式微纳光纤耦合器的扭转传感器，其特征在于：所述第一光纤夹具与第二光纤夹具间隙设置。

7.根据权利要求1所述的一种基于反射式微纳光纤耦合器的扭转传感器，其特征在于：所述反射式微纳光纤耦合器传感单元的光纤强耦合区横截面具有非圆对称特性，x偏振和y偏振基模的传输特性不同，使二者存在相位差引发干涉，形成干涉谱包络，且模式干涉强度随入射光偏振态发生变化。

8.根据权利要求4所述的一种基于反射式微纳光纤耦合器的扭转传感器，其特征在于：

经反射环反射入P3端口的光为线偏振光，改变扭转角度后，设偏振光与x轴角度为θ，则反射光场从P3端口耦合至出射端P2的透射系数可以表示为：

T_P2＝cos²θcos²(k_xL)+sin²θcos²(k_yL)

其中，k_x和k_y分别为x偏振和y偏振基模的耦合系数，L为耦合区的长度，而耦合系数k_x和k_y与耦合区中低阶奇偶模传播常数有关，当改变环内光纤扭转角度时，θ发生改变，反射环内传输光的偏振态改变，耦合区内x偏振和y偏振模式能量交换也会相应改变，导致光谱仪探测干涉谱包络发生变化。对光谱仪探测干涉谱进行快速傅里叶变换分析后，得出干涉谱包络模式干涉强度随扭转角度的线性变化关系，进而进行扭转角度的测量。