[发明专利]一种基于光纤内倾斜分束器的反射式马赫-曾德尔干涉仪

说明书

本发明提供了一种基于光纤内倾斜分束器的反射式马赫‑曾德尔干涉仪，包括宽带光源，环形器，传感头，光谱分析仪。其中传感头由单模光纤制成，其特征在于：用飞秒激光在单模光纤里刻蚀，得到一条与光纤轴夹角16的贯穿纤芯的光分束器，使得在纤芯中的入射光一部分穿过分束器传输，另一部分被反射到包层与空气界面，再经过全反射回到纤芯，两部分光在光纤端面处发生干涉并反射，形成单光纤在线反射型马赫‑曾德干涉仪。由环形器接收来自宽带光源的光并传输至传感头，再将光返回至环形器，经由环形器传输至光谱分析仪，形成马赫‑曾德干涉仪。本发明具有制造简单、机械强度高和成本低等优点，具有较高的折射率和温度灵敏度，可用于折射率和温度测量。

技术领域

本发明提供了一种基于光纤内倾斜分束器的反射式马赫-曾德尔干涉仪，属于光纤传感技术领域。

背景技术

20世纪70年代，光纤传感技术伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来，相对于传统传感器来说，其具有极高的灵敏度和分辨率，频带范围很宽，动态范围很大，不受电磁场干扰等优点，是许多经济、军事强国争相研究的高新技术，可广泛应用于国民经济的各个领域，在航天、航海、石油开采、医疗等众多领域都得到了广泛的应用。在多种光纤传感器中，基于马赫曾德干涉原理的光纤传感器发展迅速，成为了光纤传感器研究领域的一个重要分支，广泛应用于结构内应变、应力、温度、压力、形变、振动和位移等物理量连续实时的安全检测，还可用于复合材料的固化状态的监测等，对于飞机、舰船、建筑等安全使用及完整性检测具有重要意义。现阶段，各种不同结构的马赫曾德干涉仪及其制作方法也层出不穷，比如基于内置空腔的微锥形光纤，错位熔接的光纤，光纤光栅和特种光纤等。以上所述均有很大不足，内置气腔设备很脆弱，坚固性差；光纤纤芯错位熔接其重复性难以实现，并且手动组装需要大量时间；光纤光栅写入过程复杂，成本较高，且其结构的不稳定性在一定程度上限制了其应用；特殊光纤价格昂贵。此外，这些干涉仪大部分采用透射式结构，在工作时需要将样品置于光源输出端和光谱检测端中间，在应用方面受到局限性，尤其不适合狭小封闭空间的传感测量。为了克服这些缺点，我们需要采用新的思路和技术来制作光纤传感器件。

飞秒激光辐射可以在二氧化硅材料内部的局部区域产生持久的正或负折射率改变，因此它可以用于在二氧化硅材料内部刻制波导。尽管二氧化碳激光和紫外激光曝光法均可用于制作二氧化硅材料中的光波导，但飞秒激光刻录法具有较高的精度和较好的表面光洁度。因此，飞秒激光有望在器件生产上有很大的潜力

发明内容

本发明针对现有技术不足，提供一种基于光纤内倾斜分束器的反射式马赫-曾德尔干涉仪，本发明具有结构紧凑、制造简单、机械强度高和成本低等优点，可用于温度和折射率测量。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：一种基于光纤内倾斜分束器的反射式马赫-曾德尔干涉仪，包括宽带光源，环形器，传感头，光谱分析仪，其连接方式为：环形器输入端连接宽带光源，环形器反馈端连接光谱分析仪，环形器输出端连接传感头，其特征在于：所述的传感头，是由飞秒激光在单模光纤里刻蚀，得到一条与光纤轴夹角16°的贯穿纤芯的光分束器，使得在纤芯中传播的入射光一部分穿过分束器传输，另一部分被反射到包层与空气界面，再经过全反射回到纤芯，两部分光在光纤端面处发生干涉并反射回纤芯，形成单光纤在线反射型马赫-曾德干涉仪。

所述的单模光纤的纤芯直径和光纤直径分别为8μm和125μm。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1、传感头选用价格低廉的普通单模光纤制备，具有成本低，制作简单的优点。

2、传感头对于温度、应力、折射率都具有敏感性，可以用于对环境参数的同时测量。

3、传感头为反射式结构，可以用于狭窄空间的传感测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。