专利名称：空间磁场探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤传感领域，尤其涉及一种空间磁场探测器。
背景技术：
光纤光栅是90年代发展起来的一种新型光无源器件，它是在光纤中建立起的一种空间周期性的折射率分布，可以改变和控制光在光纤中的传播行为，具有插入损耗小、抗电磁干扰、耐腐蚀、体积小、重量轻、成本低和易集成等优点，现已广泛应用于光纤通信和光纤传感等领域。长周期光纤光栅是指光栅的周期远远比普通布喇格光栅周期长的一种光纤器件，可达到几百微米。长周期光纤光栅的光学性质则是基于光纤内满足相位匹配条件的同向模式之间的谐振耦合，而倾斜长周期光纤光栅则是在光纤内写入与光纤轴向成一定夹角的长周期光栅，且夹角一般大于60度角。倾斜长周期光纤光栅在具有长周期光纤光栅的特性的同时，还能够将某些特定波长的光耦合到包层并辐射出包层，使得倾斜长周期光纤光栅在普通长周期光纤光栅透射谱中每个透射峰的长波长一侧产生一个新的透射峰值。 这个新产生的峰就是由倾斜角度带来的，研究人员发现这个透射峰具有极强的偏振依赖特性。当光纤中所传输的线偏振光的偏振面发生偏转时就可以检测到透过倾斜长周期光纤光栅的光功率发生变化。因此，利用倾斜长周期光纤光栅的这一特性与磁光晶体的磁致旋光特性就可以实现对空间磁场强度的探测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空间磁场探测器，基于本发明，可以实现空间任一点的磁场强度及方向向的检测。一方面，本发明公开了一种空间磁场探测器，包括宽谱激光光源、隔离器、宽带带通滤波器、1X3光分束器、三个磁场检测探头、三个光探测器，三个放大器和计算机系统； 其中，所述宽谱激光光源、所述隔离器、所述宽带带通滤波器和所述1X3光分束器通过单模光纤依次顺序连接；并且，所述三个磁场检测探头的轴线两两相互垂直，用于检测空间磁场对应自身轴向的正、负方向及强度；所述每一磁场检测探头的输入端分别与所述1X3光分束器的三个输出端口连接；所述每一磁场检测探头的输出端通过电路与所述光探测器、 放大器和所述计算机系统顺序连接；以及所述三个光探测器在分别检测到三个磁场检测探头输出的光功率后再经过放大器放大信号进入计算机系统。上述空间磁场探测器，优选所述磁场检测探头包括依次连接的单模光纤、梯度变折射率透镜、起偏器、磁光晶体、梯度变折射率透镜和写制有倾斜长周期光栅的光纤；所述起偏器输出偏振光的偏振面与所述写制有倾斜长周期光栅的光纤的横截面有一个相交线； 当偏振光通过磁光晶体发生旋转时，偏振面与光纤的横截面产生的交线也发生旋转；在交线的旋转过程中，倾斜长周期光纤光栅输出端会发生光功率的周期性改变，将输出光功率极大时的交线定为第一交线，将输出功率极小时的交线定位第二交线，第一交线与第二交线相交且相互垂直；当没有磁场通过磁光晶体时，所述起偏器所产生偏振光的偏振面与光纤横截面产生第三交线；所述第三交线与第一交线夹角为45度，所述第三交线与所述第二交线的夹角为45度。本发明中，三个磁场检测探头两两相互垂直，且每个探头都能实现空间磁场对应在其自身轴向的正、负方向及强度的检测，从而实现空间任一点的磁场强度及方向向的检测。并且，本发明具有抗电磁干扰，高精度，高灵敏度的优点。
图1为本发明空间磁场探测器实施例的总体结构示意图；图2本发明一个实施例中，磁场检测探头的结构示意图；图3倾斜长周期光纤光栅中入射偏振光的偏振面在0度与90度两种情况下的透射谱示意图；图中，101-宽谱激光光源；102-隔离器，103-宽带带通滤波器，104-1 X 3光分束器，105-磁场检测探头，106-光探测器，107-放大器，108-计算机系统；201-磁光晶体， 202-梯度变折射率透镜，203-起偏器，204-已写制长周期闪耀光纤光栅的普通单模光纤， 205-普通单模光纤。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。参照图1，本实施例空间磁场探测器中，包括一个宽谱激光光源101，一个隔离器 102，一个宽带带通滤波器103，一个1 X 3光分束器104，三个磁场检测探头105，三个光探测器106，三个放大器107，一套处理信号的计算机系统108。宽谱激光光源101，隔离器102， 宽带带通滤波器103，1X3光分束器104之间通过普通单模光纤连接，三个磁场检测探头 105的输入端分别与1X3光分束器104的三个输出端口连接。每一磁场检测探头105的输出端通过电路与所述光探测器106、放大器107和所述计算机系统108顺序连接。其中，宽谱激光光源101为提供所需带宽的光源，宽谱光源的稳定性也决定了所述整个检测系统检测的精度与稳定度。隔离器102输入端与所述宽谱光源输出端连接，使得所述宽谱光源不受所述系统中光路的后向反射和散射光的影响，在探测磁场强度时能够稳定地工作。宽带带通滤波器103输入端与所述隔离器输出端连接，能够将所述系统不需要的频率的光滤除，只有所述磁场检测探头中倾斜长周期光纤光栅所需要的频率段通过。 光分束器104输入端与所述宽带滤波器输出端连接，将输入光光等分为3份从输出端输出。磁场检测探头105由输入端的普通单模光纤205，一块磁光晶体201，两块梯度变折射率透镜202，起偏器203，输出端的写制有倾斜长周期光栅的普通单模光纤204构成。具体的，磁场检测探头105由输入端的普通单模光纤205与一块梯度变折射率透镜202直接连接，然后依次放置起偏器203，磁光晶体201，梯度变折射率透镜202，输出端的写制有倾斜长周期光栅的光纤204与最后放置的一块梯度变折射率透镜202直接连接。输出端的写制有倾斜长周期光栅的光纤204为普通单模光纤。起偏器203的偏振面与旋转的偏振光在通过倾斜长周期光纤光栅时透过功率最大时偏振光与光纤204横截面的相交线呈45°角。 磁旋光晶体201与倾斜长周期光纤光栅组合作为磁场的感知单元，并用三个感知单元来分别代表其对应在空间直角坐标系中的三个坐标轴。从图1可以看出，三个光探测器106在分别检测到三个磁场检测探头105输出的光功率后再经过放大器107放大信号进入计算机系统108进行处理。光探测器106、放大器 107、计算机系统108之间通过电路连接。需要强调的是，在本实施例中，三个磁场检测探头105轴向两两相互垂直，可以对应直角坐标系中的χ轴、y轴、ζ轴。研究人员在对倾斜长周期光纤光栅的研究过程中发现，倾斜长周期光纤光栅中传输的线偏振光的偏振面旋转过程中，在特定波段的光的光功率在输出端发生周期性的变化，将输出光功率极大时的交线定为第一交线，将输出功率极小时的交线定位第二交线，已知第一交线与第二交线相互垂直。由于第一交线与第二交线相互垂直且相交，则可将所述第一交线与第二交线对应到平面直角坐标系中的χ’轴与r轴。为了保证在线偏振光的偏振面在磁光晶体中发生顺时针与逆时针偏转时不出现透过功率同增同减的现象，本系统中的起偏器产生的偏振光的偏振面与上述χ'、y'平面直角坐标系中的χ'轴呈45度角。此时，空间磁场对应在任意一个磁场检测探头中的磁光晶体中，通过透过功率的增减判断磁场方向对应在磁光晶体轴向的正、负方向，功率的增减量判断磁场对应在磁光晶体轴向的强度。综合三个光电探测器所接收到的三个两两相互垂直的磁场检测探头分别对应在直角坐标系中的χ轴、y轴、ζ轴的值的改变量与改变方向即可通过本系统所述的计算机系统计算得到空间磁场的大小与方向。也就是说，本实施例中，光探测器106在接收磁场检测探头105输出光功率时所得值的增、减得到对应在所述的每个检测探头中磁光晶体201轴向的正、负，也即获得对应坐标系中所在轴的正、负方向；光探测器106在接收磁场检测探头105输出光功率时所得光功率变化量值可以得到空间磁场对应在磁光晶体201中的强度。计算机系统108同时接收三个磁场检测探头105所给出的分别为与直角坐标系中的χ轴、y轴、ζ轴信息并做处理后，即可得到空间中磁场的强度与方向。具体而言，计算机系统通过透过功率的增减判断磁场方向对应在磁光晶体轴向的正、负方向，功率的增减量判断磁场对应在磁光晶体轴向的强度。参照图3，图3为倾斜长周期光纤光栅中入射偏振光的偏振面在0度与90度两种情况下的透射谱示意图。a表示偏振面为0度的透射谱，b分别表示偏振面为90度时的透射谱。图3表明，偏振光在倾斜长周期光纤光栅中传输时，可以通过探测倾斜光纤光栅输出端的光功率即可获得偏振光的偏振面旋转角度。以上对本发明所提供的一种空间磁场探测器进行详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种空间磁场探测器，其特征在于，包括宽谱激光光源(101)、隔离器(102)、宽带带通滤波器(103)、1 X 3光分束器(104)、 三个磁场检测探头(105)、三个光探测器(106)，三个放大器(107)和计算机系统(108)；其中，所述宽谱激光光源(101)、所述隔离器(102)、所述宽带带通滤波器(10 和所述1X3 光分束器(104)通过单模光纤依次顺序连接；并且，所述三个磁场检测探头(10 的轴线两两相互垂直，用于检测空间磁场对应自身轴向的正、负方向及强度；所述每一磁场检测探头(10 的输入端分别与所述1X3光分束器 (104)的三个输出端口连接；所述每一磁场检测探头(10 的输出端通过电路与所述光探测器(106)、放大器(107)和所述计算机系统(108)顺序连接；以及所述三个光探测器(106)在分别检测到三个磁场检测探头(10 输出的光功率后再经过放大器(107)放大信号进入计算机系统(108)。
2.根据权利要求1所述的空间磁场探测器，其特征在于，所述磁场检测探头(10 包括依次连接的单模光纤(20 、梯度变折射率透镜(202)、 起偏器003)、磁光晶体001)、梯度变折射率透镜(20 和写制有倾斜长周期光栅的光纤 (204)；所述起偏器(20 输出偏振光的偏振面与所述写制有倾斜长周期光栅的光纤(204)的横截面有一个相交线；当偏振光通过磁光晶体(201)发生旋转时，偏振面与光纤(204)的横截面产生的交线也发生旋转；在交线的旋转过程中，倾斜长周期光纤光栅输出端会发生光功率的周期性改变，将输出光功率极大时的交线定为第一交线，将输出功率极小时的交线定位第二交线，第一交线与第二交线相交且相互垂直；当没有磁场通过磁光晶体时，所述起偏器(20 所产生偏振光的偏振面与光纤(204) 横截面产生第三交线；所述第三交线与第一交线夹角为45度，所述第三交线与所述第二交线的夹角为45度。
全文摘要
本发明公开了一种空间磁场探测器，包括宽谱激光光源，一个隔离器，一个宽带带通滤波器，一个1×3光分束器，三个磁场检测探头，三个光探测器，三个放大器，一套处理信号的计算机系统。每个磁场检测探头由输入端的普通单模光纤，一块起偏器，两块梯度变折射率透镜，一块磁光晶体，输出端的写制有倾斜长周期光栅的普通单模光纤构成。三个磁场检测探头两两相互垂直，且每个探头都能实现空间磁场对应在其自身轴向的正、负方向及强度的检测，从而实现空间任一点的磁场强度及方向向的检测。本发明所述的一种空间磁场探测装置具有抗电磁干扰，高精度，高灵敏度的优点。
文档编号G01R33/032GK102183735SQ201110053430
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月4日 优先权日2011年3月4日
发明者冯亭, 延凤平, 彭万敬, 李琦, 陶沛琳 申请人:北京交通大学