[发明专利]基于正交倾斜光栅的双芯光纤Mach-Zehnder干涉仪

说明书

本发明提供的是一种基于正交倾斜光栅的双芯光纤Mach‑Zehnder干涉仪。其特征是：它由光源、单模光纤、偏振控制器、光探测器、双芯光纤以及双芯光纤上的两对正交的45度倾斜光栅组成。所述组成中，光束由单模光纤从光源引出，经过偏振控制器后，输入双芯光纤的第一纤芯。由于45度倾斜光栅能让纤芯内传输的光束一部分反射，另一部分透射，因此光纤内的正交的45度倾斜光栅能实现光束的分束与合束，从而形成Mach‑Zehnder干涉仪。本发明可用于折射率、弯曲等物理量的传感。

(一)技术领域

本发明涉及的是一种基于正交倾斜光栅的双芯光纤Mach-Zehnder干涉仪，属于光纤传感器件技术领域。

(二)背景技术

光纤Mach-Zehnder干涉仪在光纤传感领域具有广泛的应用。普通的光纤Mach-Zehnder干涉仪是由两根各自独立而分立的光纤构成。通常光源发出的光经过一个3dB耦合器后，被分成两束，分别耦合到两个独立的光纤臂中，再经过一个3dB耦合器合束，实现干涉。这种分立光纤的干涉仪由于两个光束在不同光纤中传输，两臂之间的光程差受环境振动、温度等因素的影响大，导致光纤干涉仪传感器信号解调的不稳定。

集成于同一根光纤中的Mach-Zehnder干涉仪不但极大地缩小了干涉仪的体积，使得系统更加简化、紧凑，还具有很好的稳定性，避免了各个可动部件之间由于装配、固定和调整带来的变化和不一致。并且两个干涉臂处于同一根光纤中，环境温度对两臂的影响近似相同，因此能够实现两臂光程的自动补偿。专利CN100470280提出一种基于单模双芯光纤的Mach-Zehnder干涉仪，该干涉仪是通过单模光纤与双芯光纤焊接并拉锥的方式将光束耦合进两个纤芯当中，形成两个干涉臂。专利号CN101846492B提出一种双F-P腔与Mach-Zehnder组合干涉仪，提高了干涉仪的灵敏度，但同样采用加热拉锥的方式实现光路的分束耦合。这种拉锥耦合分束方式需要将光纤拉细，这影响了光纤的机械强度，并且拉锥耦合区的分光比受外界环境的影响大，导致干涉信号的不稳定。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种基于正交倾斜光栅的双芯光纤Mach-Zehnder干涉仪。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于正交倾斜光栅的双芯光纤Mach-Zehnder干涉仪。它由光源3、单模光纤4、偏振控制器5、光探测器6、双芯光纤1以及双芯光纤上的两对正交的45度倾斜光栅(1-3-1/1-3-2/1-4-1/1-4-2)组成。所述组成中，光束由单模光纤4从光源3引出，经过偏振控制器5后，输入双芯光纤1的第一纤芯1-1。光束被第一纤芯上的+45度倾斜光栅1-3-1分成透射和反射两束。其中透射光束透射过第一纤芯上的-45度倾斜光栅1-4-1继续在第一纤芯中传输；另一束被第二纤芯上的+45度倾斜光栅1-3-2反射至第二纤芯1-2传输，又经过第二纤芯1-2和第一纤芯1-1内的-45度倾斜光栅1-4-1反射回第一纤芯1-1中，与第一纤芯1-1中的透射光束发生干涉输出，输出的干涉光束被单模光纤输入光探测器6检测。

所述的45度倾斜光栅平行分布于双芯光纤的两个纤芯上的同一位置；所述的-45度倾斜光栅平行分布于双芯光纤的两个纤芯上的同一位置。

所述的两对正交的45度倾斜光栅可以是布拉格倾斜光栅，也可以是啁啾倾斜光栅。

所述的布拉格倾斜光栅具有相同的反射波长；所述的啁啾倾斜光栅具有相同的反射波长和反射带宽。

与现有技相比，本发明具有以下的显著的优势：

(1)采用双芯光纤，将两个干涉臂集成在同一光纤内部，体积小，集成度高；

(2)采用45度倾斜光栅分束、合束，光纤无需拉锥，分光比稳定。尤其是在刻写好45度倾斜光栅后还可以对光纤进行再涂覆，这很大程度上提高了器件的机械强度。

(四)附图说明