[发明专利]用飞秒激光诱导基于游标效应的光纤线内级联法布里-珀罗腔传感器

说明书

本发明提供了一种基于光纤线内由两个法布里‑珀罗腔级联而成的干涉仪，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或多模光纤制成，其特征在于：用飞秒激光在光纤里刻写垂直穿过纤芯且大小相等的四个反射镜面，光纤端面切割成楔形，以消除端面反射干扰，所有反射镜和光纤构成级联法布里‑珀罗腔干涉仪传感头。由环形器接收来自宽带光源的光并传输至传感头，传感头再将光返回至环形器，再经由环形器传输至光谱分析仪，形成级联法布里‑珀罗腔干涉仪。本发明具有结构紧凑、制造简单、成本低廉、灵敏度高等特点。

技术领域

本发明提供了一种基于游标效应的光纤线内级联法布里-珀罗腔干涉仪，属于光纤传感技术领域。

背景技术

光纤应变传感器具有质量轻、体积小、经久耐用、抗电磁干扰、操作灵活、稳定性好等优点，在航空航天、环境监测、土木工程等领域有着广泛应用。光纤应变传感器的结构种类有：布拉格光栅（FBG）、长周期光栅(LFBG) 、空心光子晶体光纤（PCF）、错位熔接、拉锥、内置空腔、及光波导等。然而，由单一结构制作的应变传感器灵敏度相对较低，通常低于10pm/με。游标效应能有效提高灵敏度，这种方法不是跟踪光谱中单个条纹的偏移，而是通过跟踪双干涉仪光谱包络线的漂移来实现对应变的监测，目前已出现多种基于游标效应的级联干涉结构，例如：级联马赫-曾德尔(M-ZI)干涉仪；级联塞格纳克(Sagnac)干涉仪；级联法布里-珀罗(F-P)腔干涉仪；及混合型级联干涉仪。但是这些结构存在一些局限：级联马赫-曾德尔干涉仪通常采用传输方式工作，不便于遥感；级联塞格纳克干涉仪不适合测量沿一维轴向变化的物理量；混合型级联干涉仪的结构比较繁琐复杂难以加工制作；而比较盛行的级联法布里-珀罗腔干涉仪通常是将不同类型的光纤或毛细管熔接在一起，虽然结构相对简单，但法布里-珀罗腔的头寸在熔接过程会发生变动，导致不能实现预期的级联放大效果。

本文提出了一种基于游标效应的级联法布里-珀罗腔系统，它是由一个传感法布里-珀罗腔和一个参考法布里-珀罗腔共同组成。单模光纤(SMF)内部法布里-珀罗腔的反射镜是用飞秒激光微加工平台精准定位制作，它可以精确控制腔的长度以及两个腔体之间的距离，且加工过程中并没损坏光纤，所以这种传感器非常结实而且对应变和温度非常灵敏。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提供一种基于光纤线内由两个法布里-珀罗腔级联而成的干涉仪，腔的反射镜面是在飞秒激光诱导下使光纤折射率发生变化产生的。本发明具有结构紧凑、制造简单、成本低廉、灵敏度高等特点。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：一种基于光纤线内由一个传感法布里-珀罗腔和一个参考法布里-珀罗腔组合成级联干涉仪，包括宽带光源，传感头，环形器，光谱分析仪。其中传感头由单模光纤构成，其特征在于：用飞秒激光聚焦于光纤内部进行刻写，得到四个平行的反射镜，且反射镜都垂直穿过光纤纤芯。其中传感法布里-珀罗腔长度（两个反射镜面间距）变化范围30-1000μm; 传感法布里-珀罗腔与参考法布里-珀罗腔间距大于3厘米且两腔体长度相差范围1-30μm;光纤端面切割成楔形，以消除端面反射干扰，四个反射镜面和光纤共同构成级联法布里-珀罗腔干涉传感头。

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或多模光纤制备，具有成本低，制作简单的优点。

2、能精确控制法布里-珀罗腔的长度以及两个腔体之间的距离，从而较好地实现预设的级联放大效果。

3、传感装置对应变和温度测量量程大，灵敏度高，稳定性好，可重复使用。

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。

图1为本发明的实施应用系统示意图。

图2为本发明传感头示意图。