[发明专利]一种螺旋式结构型长周期光纤光栅干涉仪及其制作方法

说明书

本发明公开了一种基于结构型微纳光纤的长周期光纤光栅干涉仪及其制备方法，该长周期光纤光栅干涉仪包括微纳光纤Ⅱ的中部缠绕于微纳光纤Ⅰ的锥区，微纳光纤Ⅱ中部的周期性螺旋缠绕部分和微纳光纤Ⅰ的锥区满足长周期光栅的相位匹配条件，形成结构型微纳光纤长周期光栅；微纳光纤Ⅱ的两端对接耦合；光信号在光栅区谐振耦合满足长周期光栅相位匹配条件时，相应波长的部分光能量耦合到微纳光纤Ⅱ的螺旋缠绕部分，然后经过耦合环路重新输入到光栅，并进一步耦合回微纳光纤Ⅰ的锥区形成干涉。本发明由单个长周期光纤光栅构成，能够充分利用微纳光纤大倏逝场特性和长周期光栅高折射率灵敏度特性，在生化检测及传感通信等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及光学传感器技术领域，尤其是涉及一种螺旋式结构型长周期光纤光栅干涉仪及其制作方法。

背景技术

长周期光纤光栅是一种重要的光无源传感器件，通过折射率周期性的调制使纤芯中的基模和同向传播的包层模之间发生耦合，在特定波长范围内能够形成谐振峰，是一种透射式全光纤带阻滤波器，其工作原理决定了该器件对外界环境变化非常敏感。

长周期微纳光纤光栅是建构在微纳光纤上可使光波模式产生耦合的周期性结构(其周期在几十微米至几百微米)，通过环境变量影响倏逝场能量分布从而利用接收到的光信号参量变化来监测环境变量波动。工作原理是其对传导模进行了周期性调制，在满足谐振条件的情况下，前向传输的纤芯模式与同向的高阶次模式之间产生耦合，在输出光谱中表现为出现对应损耗峰。当外界环境待测量发生变化时，倏逝场范围内折射率发生改变，进而影响到透射光谱中损耗峰的变化。故而长周期光纤光栅在传感测量、光通信等领域有广泛的应用。

相较于单个长周期光纤光栅，由多个长周期光栅串联构成的级联长周期光纤光栅在传感测量应用中表现出了更窄的损耗峰带宽和更高的分辨率等优势特性，同时其透射谱中干涉峰振幅大、谱型条纹丰富，可以很好地构成各种滤波器。但是，由于长周期光栅光谱一般较宽，在测量微弱响应造成的微小光谱移动时，存在观测困难与测量精度不足的问题，并且器件尺寸较大使得小型化应用受限。

综上，行业内急需研发一种输出光谱精细度高和小型化程度高的长周期光纤光栅器件。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的上述缺陷，提供了一种螺旋式结构型长周期光纤光栅干涉仪及其制作方法。本发明利用微纳光纤缠绕形成周期性折射率调制获得长周期光栅，通过缠绕部延伸出的微纳光纤环路使谐振耦合光能输送返回光栅，从而形成单一光栅基础上的了一种螺旋式结构型长周期光纤光栅干涉，实现结构紧凑、精度高、兼具带通滤波和带阻滤波特性的传感器件。

本发明可以通过采取如下技术方案达到：

一种螺旋式结构型长周期光纤光栅干涉仪，包括微纳光纤Ⅰ与微纳光纤Ⅱ；微纳光纤Ⅰ的两端分别作为外部光信号的输入端口和光信号输出端口；微纳光纤Ⅰ的中部为均匀的锥区，微纳光纤Ⅱ直径均匀一致，微纳光纤Ⅱ的中部周期性螺旋缠绕于微纳光纤Ⅰ的锥区，微纳光纤Ⅱ中部的周期性螺旋缠绕部分和微纳光纤Ⅰ的锥区满足长周期光栅的相位匹配条件，形成结构型微纳光纤长周期光栅；微纳光纤Ⅱ的两端通过紧密接触实现光耦合，使得微纳光纤Ⅱ的非缠绕部分构成微纳光纤耦合环路；光信号在光栅区谐振耦合满足长周期光栅相位匹配条件时，相应波长处部分光能量耦合到微纳光纤Ⅱ的周期性螺旋缠绕部分，然后经过耦合环路重新输入到光栅，并进一步耦合回微纳光纤Ⅰ的锥区形成干涉。

优选地，所述微纳光纤Ⅰ包括第一光纤端区(1)、第二光纤端区(5)、第一光纤锥区(2)、第二光纤锥区(4)和光纤均匀区(3)；所述第一光纤锥区(2)和所述第二光纤锥区(4)分别位于所述光纤均匀区(3)的两端，所述第一光纤端区(1)位于所述第一光纤锥区(2)的外端，所述第二光纤端区(5)位于所述第二光纤锥区(4)的外端。