[发明专利]一种多模干涉光学集成型加速度计

摘要

本发明公开了一种多模干涉光学集成型加速度计，包括ASE宽带光源、环形器、光纤链路、待测模块、传感器件模块和光谱仪；从ASE宽带光源发出的光信号经过环形器进入光纤链路，通过光纤链路进入传感器件模块；在传感器件模块从中，输入的光场通过前单模光纤进入多模光纤中，当悬梁臂形变时，光信号波长发生漂移，漂移后的光信号经过后单模光纤末端附着的铝薄膜反射再次进入光纤链路，通过环形器的作用输出到光谱仪中进行计算。本发明器件结构简单；灵敏度高，对于标准光纤有Pe＝0.22，ν＝0.17，基于此种材料制作的FBG传感器，它的轴向灵敏度系数为1‑Pe＝0.78，而本文提出的加速度计的灵敏度系数为1.56，在数值上是FBG传感器灵敏度的2倍；便于集成，拓展了器件的应用领域。

主权项

一种多模干涉光学集成型加速度计，其特征在于，包括ASE宽带光源(1)、环形器(2)、光纤链路(3)、待测模块(5)、传感器件模块和光谱仪(8)；ASE宽带光源(1)输出连接环形器(2)，环形器(2)输出连接光纤链路(3)和光谱仪(8)；光纤链路(3)连接传感器件模块；所述传感器件模块包括衬底(7)和附着在悬梁臂(4)上的MMI传感元件(6)，悬梁臂(4)一端固定在衬底(7)上，另一端连接待测模块(5)；所述MMI传感元件(6)由前单模光纤(9)、一个多模光纤(10)和后单模光纤(11)组成；所述多模光纤位于两个单模光纤之间；从ASE宽带光源发出的光信号经过环形器(2)进入光纤链路(3)，通过光纤链路(3)进入传感器件模块；在传感器件模块中，输入的光场通过前单模光纤(9)进入多模光纤(10)中，当悬梁臂(4)形变时，光信号波长发生漂移，漂移后的光信号经过后单模光纤(11)末端铝薄膜的反射，再次进入光纤链路(3)，通过环形器(2)的作用输出到光谱仪(8)中进行计算；所述MMI传感器件(6)通过UV胶附着在悬梁臂(4)上；具体的，从ASE宽带光源发出的光信号通过光纤到达MMI传感器件，从前单模光纤输入的光场进入到多模光纤中时，多模光纤中的高阶模就会激发而发生干涉并向前传输，并且高阶模发生相长干涉时波长为：λ=16ncoa2N(m-n)[2(m+n)-1]L]]>其中，a是多模光纤的芯层半径；nco是多模光纤的芯层折射率；N、m、n，m>n均为正整数；多模光纤(10)长为L；当MMI传感器件受到外界加速度作用时，悬梁臂尺寸就会发生变化而产生应变ε，进而对MMI传感器件中多模光纤的尺寸、折射率产生影响，根据弹光效应，使得其中传输的光信号发生波长漂移：Δλλ=-(1+2v+Pe)ϵ=-(1+2v+Pe)8m2a2l4E2b2h2]]>其中，ν是光纤的泊松比；Pe是弹光系数；a为外界加速度；m为待测质量块的质量；b、h、l分别为悬梁臂的宽度、厚度和长度；E为悬梁臂的杨氏模量；产生波长漂移的光信号经过后单模光纤末端的高反射率铝薄膜的反射再次经过光纤链路，在环形器的作用下进入光谱仪，从而使得实验者可以在光谱仪通过测量光谱的变化计算得出漂移波长，进而获得加速度值。