[实用新型]一种光纤干涉仪

说明书

本实用新型公开一种光纤干涉仪，其结构包括耦合器、偏振控制器以及两段保偏光纤。本实用新型采用两种保偏光纤引入不同的光程差，当两段保偏光纤的长度差满足预设条件时，该结构的光谱将包含不同的频率分量，从而产生游标效应，干涉光的光谱由包络谱和精细谱组成，包络谱的应变灵敏度相比单段保偏光纤组成的干涉仪的应变灵敏度增加，使传感灵敏度大大提高。本实用新型将两段保偏光纤进行级联，通过计算发现传感器的灵敏度由保偏光纤的长度和固有灵敏度决定，与基于单个保偏光纤的干涉仪相比，包络和精细谱在应变和温度变化时发生不同反应，具有实现应变和温度同步测量的潜力，且结构简单，制作方便，成本低。

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术领域，更具体地，涉及一种光纤干涉仪。

背景技术

光纤应变传感器是结构健康监测和分布式传感应用的重要候选。与传统的应变传感方法相比，光纤传感具有体积小、制作简单、抗电磁干扰、分辨率高等特点。到目前为止，人们已经提出了许多不同种类的光纤传感装置，如光纤光栅和光纤干涉仪。在光纤光栅应变传感器中，光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)和长周期光栅(Long PeriodFiber Grating，LPG)都是潜在的传感元件，并得到了广泛的研究。这些传感器易于制造，但应变灵敏度低，典型的光纤光栅传感器应变灵敏度只有1.2pm/με，基于长周期光纤光栅的传感器应变灵敏度只有7.6pm/με。干涉型光纤传感器的灵敏度较高，但制造过程通常比较复杂。此外，游标效应是一种可以大幅度提高灵敏度的方法，但基于游标效应的传感器通常需要两个独立的干涉仪，结构复杂。

上述传感器的一个常见问题是应变传感会受到温度的干扰。为了解决这一问题，基于矩阵法的多参数同时测量传感器成为一个有吸引力的解决方案。一种可行的方法是设计基于多模干涉干涉仪，该方法利用多种模式的差异实现多参数同时传感，但这种传感器的重复性较差。另一种方法是级联两个具有不同灵敏度的独立光纤器件，但该方法仍面临结构复杂、成本高的挑战。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于解决现有光纤应变传感器高灵敏度与低成本、简单结构不能兼得的问题，以及应变传感容易受温度干扰的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种光纤干涉仪，包括：耦合器、偏振控制器、第一段保偏光纤以及第二段保偏光纤；

所述耦合器的第一端接收输入光，所述耦合器将输入光分为两束；

所述耦合器的第二端连接第一段保偏光纤的一端，所述耦合器的第三端连接偏振控制器的一端，所述偏振控制器的另一端连接第二段保偏光纤的一端，所述第一段保偏光纤的另一端和第二段保偏光纤的另一端连接，所述第一段保偏光纤快轴和第二段保偏光纤快轴的夹角为预设角度；所述耦合器、偏振控制器、第一段保偏光纤以及第二段保偏光纤组成光纤环，所述偏振控制器用于控制光纤环内引入的偏振旋转角；

所述耦合器将输入光分为两束，分别沿顺时针和逆时针穿过光纤环，一束穿过第一段保偏光纤至第二段保偏光纤回到耦合器，另一束穿过第二段保偏光纤至第一段保偏光纤回到耦合器，两束输入光经过两段保偏光纤时引入相位差，回到耦合器后的两束输入光发生干涉，得到干涉光；

所述耦合器的第四端输出干涉光，当第一段保偏光纤和第二段保偏光纤的长度差满足预设条件时，所述干涉光的光谱由包络谱和精细谱组成，所述包络谱的应变灵敏度相比单段保偏光纤组成的干涉仪的应变灵敏度增加。

可选地，所述萨格纳克光纤干涉仪输出的干涉光的透射率为：

其中，T表示透射率，α和β分别表示耦合器的第一端至第一段保偏光纤拼接处引入的偏振旋转角，β表示第二段保偏光纤至耦合器第三端拼接处引入的偏振旋转角，θ表示所述预设角度，B表示两段保偏光纤的双折射率，λ表示输入光的波长、L₁表示第一段保偏光纤的长度，L₂表示第二段保偏光纤的长度；