专利名称：保偏式纤维集成Michelson干涉仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种光纤通信领域或传感器领域的光纤干涉仪。
背景技术：
光纤Michelson干涉仪是光电子技术常用的光纤干涉仪，其结构灵活，抗电磁干扰，适应性强，它的应用可以延伸到许多传统干涉仪的禁区，例如用于恶劣环境的高灵敏 度传感、水声探测和地下核爆核查测试。它是许多高灵敏度光纤传感器的重要物理基础。 由于光纤两个反射臂中的光传导特性可以受到温度、压力等外在条件的影响，所以，光纤 Michelson干涉仪可以实现光纤应变、温度等物理量的测量。传统的光纤Michelson干涉仪 是由各自独立而分离的两个光纤干涉臂构成。如世界知识产权组织专利WO. 2006071971A2 和中国发明专利申请(公开号CN 1444019A)中提及的光纤Michelson干涉仪，由光源发 出的光经过3dB光纤耦合器后被分成两束，分别耦合到两个独立的光纤臂中，再经过两臂 光纤端反射镜反射后，沿原路返回在光纤耦合器中实现干涉，干涉信号经过光电检测器后 被放大，进而实现干涉信号的检测。在对干涉仪有较高的机械稳定性和温度稳定性要求的情况下，由上述分立式光 学结构组成的光纤干涉仪很难满足要求。中国发明专利申请(公开号CN 1908577A和 CN101105555A)则将多个干涉臂集成到一根光纤中，提高了器件的机械稳定性和温度稳定 性。但没有考虑光纤中的偏振态，系统中存在较大的偏振起伏和噪声，难以满足对干涉仪低 噪声、高灵敏度的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种保偏性能好，温度稳定性高的保偏式纤维集成 Michelson 干涉仪。本发明的目的是这样实现的保偏式纤维集成Michelson干涉仪的组成包括光源、分光器件、光探测器、单芯保 偏光纤、双芯保偏光纤和反射端，单芯保偏光纤和双芯保偏光纤通过锥形耦合区连接，带有 反射端的两个干涉臂都集成在一根双芯保偏光纤中，光源发出的光束经分光器件后注入到 单芯保偏光纤中，光束经过锥形耦合区后被分成两束，两束光束分别被耦合到双芯保偏光 纤的两个各自独立的纤芯中，两束光束经反射端反射回来，再次经过耦合区发生干涉后， 返回到单芯保偏光纤构成的共光路部分成为包含有干涉信号的光束，包含有干涉信号的光 束分光器件后被反射至光探测器进行接收。本发明保偏式纤维集成Michelson干涉仪还可以包括1、所述的双芯保偏光纤是纤芯为类矩形纤芯的实心光纤；或是在包层中带有空气 孔的边孔双芯保偏光纤；或是光纤中心为空气孔，两个纤芯悬挂于包层内壁的熔嵌式双芯 保偏光纤；或是具有两个保偏纤芯的光子晶体光纤。2、所述的分光器件由光隔离器和微型分光镜串联组成。
3、所述的分光器件是偏振光环形器。4、所述的分光器件是偏振耦合器，光源和光探测器分别通过光源尾纤和光探测器 尾纤与偏振耦合器连接。5、所述的反射端是反射镜。6、所述的反射端是由具有相同反射 光谱的光纤光栅I和光纤光栅II构成。7、所述的偏振耦合器是2XN偏振耦合器，2XN偏振耦合器与N根双芯保偏光纤耦 合，N根双芯保偏光纤的反射端由具有不同反射光谱的光纤光栅对构成或在同一双芯保偏 光纤写入多组不同反射光谱的光纤光栅对构成。本发明的优势在于1.干涉仪由多芯保偏光纤组成，具有偏振保持能力，偏振态 稳定，灵敏度和信噪比高，抗干扰能力强；2.将多个纤芯集成于一根光纤中器件具有极大 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；3.两个 干涉臂处于同一根光纤中，干涉仪的温度稳定性好；4.偏振保持光纤Michelson干涉仪，光 路中分光、合光光路部分利用熔融拉锥法进行制作，方法简单易于操作，重复性好。
图1是本发明的第一种实施示意图；图2是本发明的第二种实施示意图；图3是本发明的第三种实施示意图；图4是本发明的第四种实施示意图；图5-a和图5-b是本发明的第五种实施示意图；图6-a至图6-d分别是本发明所用的双芯保偏光纤的剖面结构图。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明做更详细地描述具体实施方式
一结合图1，本发明的第一种具体实施方式
的保偏式纤维集成Michelson干涉仪的 组成包括激光光源1、光隔离器2、微型分光镜3、光探测器4、单模单芯保偏光纤5、锥形耦 合区6、单模双芯保偏光纤7和反射镜8。双芯保偏光纤结构如图6(b)所示，双芯保偏光纤 由两个圆形光纤芯22构成，每个芯两侧的包层(21)中有空气孔(23)。通过将单模双芯保 偏光纤7和单芯偏振光纤5放置保偏光纤焊接机，调整各保偏光纤的偏振方向保持一致， 进行焊接，然后置于熔融拉锥机上，使偏振主轴方向与拉锥机火焰方向平行，通过熔融拉锥 后，在火焰附近会形成锥形耦合区6，然后对耦合区进行封装；将双芯保偏光纤的端面进行 镀膜形成反射镜，就可制作出图1所示的保偏式纤维集成Michelson干涉仪。激光光源1发 出的光经过克服返回光对光源干扰的光隔离器2后，再经过微型分光镜3后注入到单模单 芯保偏光纤5中，该光束经过锥形耦合区6后被分成两束，分别被耦合到双芯偏振保持光纤 7的两个各自独立的纤芯中，两束光经反射镜8反射回来，再次经过耦合区6发生干涉后， 返回到单模单芯保偏光纤5构成的共光路部分成为包含有干涉信号的光，该光束经微型分 光镜3后被反射至光探测器4，干涉信号经过光电检测器后被放大，进而实现干涉信号的检 测。
具体实施方式
二
结合图2，本发明的第二种实施方式是一种具有偏振光环行器的保偏式纤维集成 Michelson干涉仪。它是在第一种实施方式的基础上利用偏振光环行器9替代光隔离器2 和微型分光镜3。
具体实施方式
三
结合图3，本发明的第三种具体实施方式
，与第一种具体实施方式
相比，是将反射 镜8用一对反射光谱相同的光纤光栅I 10和光纤光栅II 11代替，同样可以实现两个相干 光学臂集成于单根光纤的保偏式纤维集成Michelson干涉仪，光纤光栅则是利用相位掩模 板技术进行写入，此结构由于光纤光栅具有波长选择性，可以用宽带光作为光源。
具体实施方式
四结合图4，本发明的第四种具体实施方式
，与第一种具体实施方式
相比，光源和光 探测器采用分立的光源1与光探测器4，通过光源尾纤12和光探测器的尾纤13与耦合器14 的连接。光源尾纤12和光探测器尾纤13均是偏振保持光纤，耦合器14是偏振耦合器。
具体实施方式
五结合图5，本发明的第五种具体实施方式
，为复用式保偏式纤维集成Michelson干 涉仪。图6-a是利用2X2偏振耦合器15，2根双芯偏振保持光纤7的反射端由两组具有不 同反射光谱的光纤光栅对I 16、光纤光栅对II 17构成，则可实现将多个干涉仪集成在一 起(如图5-a)。也可以在同一双芯偏振保持光纤7写入两组不同反射光谱的光纤光栅对 118、光纤光栅对1119来完成复用(如图5-b)，构成分布式干涉仪结构。
权利要求
一种保偏式纤维集成Michelson干涉仪，包括光源、分光器件、光探测器、单芯保偏光纤、双芯保偏光纤和反射端，其特征是单芯保偏光纤和双芯保偏光纤通过锥形耦合区连接，带有反射端的两个干涉臂都集成在一根双芯保偏光纤中，光源发出的光束经分光器件后注入到单芯保偏光纤中，光束经过锥形耦合区后被分成两束，两束光束分别被耦合到双芯保偏光纤的两个各自独立的纤芯中，两束光束经反射端反射回来，再次经过耦合区发生干涉后，返回到单芯保偏光纤构成的共光路部分成为包含有干涉信号的光束，包含有干涉信号的光束分光器件后被反射至光探测器进行接收。
2.根据权利要求1所述的保偏式纤维集成Michelson干涉仪，其特征是所述的分光 器件由光隔离器和微型分光镜串联组成。
3.根据权利要求1所述的保偏式纤维集成Michelson干涉仪，其特征是所述的分光 器件是偏振光环形器。
4.根据权利要求1所述的保偏式纤维集成Michelson干涉仪，其特征是所述的分光 器件是偏振耦合器，光源和光探测器分别通过光源尾纤和光探测器尾纤与偏振耦合器连 接。
5.根据权利要求4所述的保偏式纤维集成Michelson干涉仪，其特征是所述的偏振 耦合器是2 X N偏振耦合器，2 X N偏振耦合器与N根双芯保偏光纤耦合，N根双芯保偏光纤 的反射端由具有不同反射光谱的光纤光栅对构成或在同一双芯保偏光纤写入多组不同反 射光谱的光纤光栅对构成。
6.根据权利要求1-5任何一项所述的保偏式纤维集成Michelson干涉仪，其特征是 所述的反射端是反射镜。
7.根据权利要求1-5任何一项所述的保偏式纤维集成Michelson干涉仪，其特征是 所述的反射端是由具有相同反射光谱的光纤光栅I和光纤光栅II构成。
8.根据权利要求1-5任何一项所述的保偏式纤维集成Michelson干涉仪，其特征是 所述的双芯保偏光纤是纤芯为类矩形纤芯的实心光纤；或是在包层中带有空气孔的边孔双 芯保偏光纤；或是光纤中心为空气孔，两个纤芯悬挂于包层内壁的熔嵌式双芯保偏光纤； 或是具有两个保偏纤芯的光子晶体光纤。
9.根据权利要求6所述的保偏式纤维集成Michelson干涉仪，其特征是所述的双芯 保偏光纤是纤芯为类矩形纤芯的实心光纤；或是在包层中带有空气孔的边孔双芯保偏光 纤；或是光纤中心为空气孔，两个纤芯悬挂于包层内壁的熔嵌式双芯保偏光纤；或是具有 两个保偏纤芯的光子晶体光纤。
10.根据权利要求7所述的保偏式纤维集成Michelson干涉仪，其特征是所述的双 芯保偏光纤是纤芯为类矩形纤芯的实心光纤；或是在包层中带有空气孔的边孔双芯保偏光 纤；或是光纤中心为空气孔，两个纤芯悬挂于包层内壁的熔嵌式双芯保偏光纤；或是具有 两个保偏纤芯的光子晶体光纤。
全文摘要
本发明提供的是一种保偏式纤维集成Michelson干涉仪。包括光源、分光器件、光探测器、单芯保偏光纤、双芯保偏光纤和反射端，单芯保偏光纤和双芯保偏光纤通过锥形耦合区连接，带有反射端的两个干涉臂都集成在一根双芯保偏光纤中，光源发出的光束经分光器件后注入到单芯保偏光纤中，光束经过锥形耦合区后被分成两束，两束光束分别被耦合到双芯保偏光纤的两个各自独立的纤芯中，两束光束经反射端反射回来，再次经过耦合区发生干涉后，返回到单芯保偏光纤构成的共光路部分成为包含有干涉信号的光束，包含有干涉信号的光束分光器件后被反射至光探测器进行接收。本发明具有保偏性能好，温度稳定性高的特点。
文档编号G02B6/28GK101957477SQ201010186689
公开日2011年1月26日 申请日期2010年5月31日 优先权日2010年5月31日
发明者关春颖, 张涛, 戴强, 田凤军, 苑立波 申请人:哈尔滨工程大学