[发明专利]一种基于高双折射微纳光纤的Sagnac双参量光纤传感器

说明书

本发明公开了一种基于高双折射微纳光纤的Sagnac双参量光纤传感器，包括宽带光源和内置高双折射微纳光纤的Saganc传感单元；所述Saganc传感单元输入端接收宽带光源，输出光谱干涉信号，由于Sagnac传感单元内光束存在的模式干涉和Sagnac干涉分别对折射率、温度具有不同的灵敏度，因此，对输出光谱的干涉信号进行波长解调，可实现对折射率、温度双参量的传感。本发明提供的光纤传感器不仅具有全光纤、结构紧凑、低成本、制作简单、低损耗等特点，而且实现了折射率和温度双参量的传感。

技术领域

本发明属于光纤传感器领域，更具体地，涉及一种基于高双折射微纳光纤的Sagnac双参量光纤传感器。

背景技术

光纤传感器以光波为载体、以光纤为媒介实现被测信号的传输与感知，与传统的传感器相比，光纤传感器表现出抗电磁干扰、重量轻、灵敏度高、结构简单等优点；随着化学、生物、医学等应用领域需求的增加，研究者们开始致力于多参量光纤传感技术研究，其中实现温度、折射率双参量传感需要解决二者交叉敏感问题也已经得到广泛的关注。

当前用于温度、折射率双参量测量的光纤传感器通常将布拉格光纤光栅、长周期光纤光栅等结构级联至另一种传感器制成，对光纤光栅刻写技术要求相对较高，温度灵敏度也相对较低，并且这类光纤传感器，光入射端与出射端大都位于异侧，不利于二者集成，不太适于狭缝、远距离等情况下的传感；现有级联模式干涉仪与Sagnac干涉仪的折射率、温度双参量传感器，可以实现光入射与出射位于同侧，但传感单元由两部分组成，结构不紧凑。

因此，研究一种成本低、制作简单、灵敏度高、结构紧凑、可重复性高、应用环境丰富的折射率、温度双参量传感器在目前仍然具有较高的研究与应用价值。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于高双折射微纳光纤的Sagnac双参量光纤传感器，旨在解决现有双参量测量传感器存在的温度灵敏度低、结构不紧凑导致集成度较低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于高双折射微纳光纤的Sagnac双参量光纤传感器，包括宽带光源和内置高双折射微纳光纤的Saganc传感单元；

所述Saganc传感单元的输入端与宽带光源光纤熔接相连，输出端与光谱分析仪熔接相连；

所述Saganc传感单元用于接收宽带光源，并将其分为传输方向相反的两路光束，激发并筛选光传输模式，进而两路光束产生模式干涉和Sagnac干涉，通过波长解调实现对外界环境折射率、温度变化的检测；

所述宽带光源用于为Saganc传感单元提供光源；

所述Saganc传感单元包括3dB耦合器和高双折射微纳光纤；

所述高双折射微纳光纤通过光纤熔接的方式接入3dB耦合器第二侧的第一端口和第二端口之间，在3dB耦合器21的第二侧形成闭合的Sagnac环；

所述3dB耦合器的两侧均设置有两个端口，在3dB耦合器第一侧的第一端口设置有光路入射端P1用于接收宽带光源；在3dB耦合器第一侧的第二端口设置有光路出射端P2用于输出干涉光谱；在3dB耦合器第二侧的第一端口设置有P3端，传输从3dB耦合器得到的第一光束，第一光束沿Sagnac环顺时针传输至P4端；在3dB耦合器第二侧的第二端口设置有P4端，传输从3dB耦合器得到的第二光束，第二光束沿Sagnac环逆时针传输至P3端，最终两光束在3dB耦合器处相汇，从出射端P2端输出；

所述高双折射微纳光纤由高双折射保偏光纤熔融拉锥制成，导致光纤锥形渐变区的直径相对腰区直径较大，呈腰区直径约为2.5μm的锥形结构，可激发不同光模式并进行筛选；同时所述高双折射微纳光纤包括硅基材料区域和应力区，内部具有非圆对称折射率分布特性，且双折射参数B大于常规单模光纤的双折射参数10^-6～10^-5，作为产生Sagnac的必要条件，可实现对温度的传感监测；