[发明专利]基于热光效应的可调制型马赫曾德干涉仪

说明书

本发明提供的是一种基于热光效应的可调制型马赫曾德干涉仪。光源1作为入射端通过单模光纤2‑1与光纤锥3‑1相连；偏双芯光纤4‑1、4‑2之间焊接一段偏双芯单孔光纤5，偏双芯光纤两端分别与光纤锥3‑1、3‑2连接，以此构成马赫曾德干涉仪；光纤锥3‑2的另一端连接至光谱仪7；偏双芯单孔光纤的空气孔中填充有高热光系数的液体，放置在可控型电热装置6上，可控型电热装置上的电极阵列通过导线8与电源控制端9相连。本发明通过对电热片施加电压引起光纤中与空气孔相近纤芯的有效折射率的变化，从而使两纤芯产生光程差，实现输出光的调制。本发明在光纤传感领域有重要应用。

(一)技术领域

本发明涉及一种基于热光效应的可调制型马赫曾德干涉仪，具体涉及一种基于双芯单孔光纤可调制型干涉仪的制作，属于光纤传感技术领域。

(二)背景技术

近年来，全光纤调制器引起了国内外研究者的广泛关注,其以调谐范围宽、调谐速度快、插入损耗小、结构简单等优点,被应用于传感器等领域。

光调制器是一类重要的器件，在整体光通信系统的发射、传输、接收过程中，光调制器被用于控制光的强度。使用光纤制作成的全光纤调制器普遍具有结构简单、抗电磁干扰能力强、和与光纤通信系统具有良好的匹配性等优点，而通过对光纤结构进行优化设计，可以使全光纤调制器在插入损耗、消光比、光反射损耗等性能参数获得提升。

随着社会的发展，人们对调制精度和灵敏度要求的不断提高，以及设备小型化、集成化的需求增大，相位调制型光纤器件成为人们研究的热点。相位调制型光纤器件利用光的干涉实现信号的调制。目前主要的干涉方式有马赫增德干涉、迈克尔逊干涉、法布里-珀罗干涉和萨格纳克干涉等。例如，专利CN 108717237 A提出了一种基于石墨烯的电光调制器，通过对石墨烯施加电压实现对输出光的调制，但石墨烯成本较高，且需要对光纤外形进行加工，增加制作难度。专利CN 108535892 A提出了通过对光子晶体光纤的空气孔内填充石墨烯来制作调制器，通过对石墨烯通电实现对输出光的调制，但是对光子晶体光纤的空气孔内填充石墨烯操作起来较为复杂，且成功率较低。因此为了克服上述技术上的困难，本发明提出了一种制作工艺简单，调制灵敏性较高的调制型干涉仪。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单紧凑，稳定性好，且调制灵活的基于热光效应的可调制型马赫曾德干涉仪。

为达到上述目的，本发明采用的方案是：

制作一种纤维集成马赫曾德干涉仪及一种可控型电热装置。纤维集成马赫曾德干涉仪依次包括单模光纤、光纤锥、双芯光纤、孔内填充高热光系数液体的双芯单孔光纤、双芯光纤、光纤锥、单模光纤，他们共同构成了纤维集成马赫曾德干涉仪，所使用的双芯光纤与双芯带孔光纤具有相同的纤芯距，使沿双芯光纤的两个纤芯传输的光在对芯焊接后可以沿双芯单孔光纤的两个纤芯继续传输。可控型电热装置包括刻蚀成特定形状的基底、电热片阵列、电极阵列、引线、导热硅脂以及封装外壳构成，并且电极通过引线与电源控制端连接。

本发明的工作原理：

当对电热片施加电压时，根据焦耳热的公式

Q＝I²Rt

知，电热片会在电流的作用下产生热量，随着时间的推移，电热片释放的焦耳热逐渐增多，因此会引起电热片温度的变化。由于双芯单孔光纤放置在电热片上，因此随着电热片温度的升高，双芯单孔光纤的局部温度会发生变化，由此引发热光效应。

所谓热光效应，是指光学介质的折射率随着温度的变化而发生变化的物理现象。热光效应是材料本身所具有的一种光学性质，在变化的温度场中，晶体、半导体材料、玻璃以及其它应用在不同的光器件和光学系统中的材料，其折射率会随着温度的变化而发生变化，介质的折射率与光纤中温度分布的关系可近似表示成：

n(T)＝n(T₀)+C_t0(T-T₀)

其中C_t0是介质的热光系数。