专利名称：一种基于保偏光纤的干涉型折射率传感器的制作方法
技术领域：
本发明提供了一种基于保偏光纤的干涉型折射率传感器，属于光纤传感技术领域。
背景技术：
保偏光纤可以维持在没有偏振变化的传播过程中的光波的线性偏振状态。当光波由单模光纤以纤芯制导模式进入保偏光纤时，如果单模光纤的纤芯直径大于保偏光纤的纤芯直径，贝1J在保偏光纤的纤芯和包层中出现偏 振方向相同的光波，有效的起到分光的作用，另外保偏光纤的纤芯区域的两侧有两个涂有应力材料的部件，它们有高双折射和高温度灵敏性。在传统的单模光纤中插入双折射保偏光纤作为传感光纤。施加在传感光纤上外界指标改变了保偏光纤中传播的两路光波的光程差，通过监测干涉光谱的漂移量可以实现外界指标的测量。具有结构简单，灵敏度高等特点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于保偏光纤的干涉型折射率传感器。该装置能够将待测的外界指标变化量转化为干涉图样波峰的偏移量。具有结构简单、易于操作、灵敏度高等特点。本发明通过以下技术方案实现一种基于保偏光纤的干涉型折射率传感器，其特征在于由宽带光源(I)、阵列偏光器⑵、偏振调节器⑶、保偏光纤⑷、光谱分析仪(5)、连接光纤(6)、入射光纤(7)和出射光纤(8)组成；宽带光源(I)和阵列偏光器(2)通过连接光纤(6)相连，阵列偏光器(2)和保偏光纤(4)分别通过连接光纤(6)和入射光纤(7)与偏振调节器(3)相连，其中入射光纤(7)纤芯的中心与保偏光纤(4)纤芯的中心对齐相连,保偏光纤(4)再通过出射光纤(8)连接光谱分析仪(5)，而其中保偏光纤(2)纤芯的中心与出射光纤(8)纤芯的中心以错位方式相连；保偏光纤(4)作为测量折射率的传感探头。所述的一种基于保偏光纤的干涉型折射率传感器，其特征在于连接光纤、入射光纤和出射光纤都可以是一般的单模光纤，单模光纤纤芯直径为9 15um,包层直径为100 150umo所述的一种基于保偏光纤的干涉型折射率传感器，其特征在于保偏光纤纤芯直径为5 8um，包层直径为50 lOOum，双折射率为2. 4X 10_4，保偏光纤的长度约为1cm。所述的一种基于保偏光纤的干涉型折射率传感器，其特征在于保偏光纤(4)纤芯的中心与出射光纤(8)纤芯的中心以错位方式熔接。所述的一种基于保偏光纤的干涉型折射率传感器，其特征在于保偏光纤(4)纤芯的中心与出射光纤(8)纤芯的中心以错位方式熔接时，出射光纤(8)纤芯与保偏光纤(4)纤芯的错位尺寸范围为0-18微米，错位方向为保偏光纤的快轴方向或者慢轴方向。
本发明的工作原理是宽带光源(I)发出光波，分别通过阵列偏光器(2)和偏振调节器(3)得到沿特定方向偏振的线偏振光，由于入射光纤(7)的纤芯直径比保偏光纤(4)的纤芯直径大，当入射光纤(7)和保偏光纤(4)以纤芯的中心对齐方式连接时,线偏振光在保偏光纤(4)中形成两路偏振相互垂直的线偏振光，并且在特定长度的保偏光纤中传播后，纤芯和包层模式存在相对应的相位差，当出射光纤(8)和保偏光纤(4)以错位方式连接时，保偏光纤(4)中的两路线偏振光调制进入出射光纤(8)的同时发生干涉，同时出射光纤(8)和保偏光纤(4)的纤芯中心侧向位移量可控制两线偏振光的强度从而可以调节干涉图样的可见度，在光谱分析仪(5)中可观察干涉图样，通过干涉图样的变化可得知保偏光纤
(4)外围液体折射率的变化。当保偏光纤(4)周围的液体折射率发生改变时，影响保偏光纤(4)内部应力和双折射率的大小，从而改变保偏光纤(4)中两路光的相位差，在光谱分析仪(5)中显示的干涉图样表现在相位的变化，因此通过相位的 变化测量周围环境的指标变化，另外，由于保偏光纤(4)对环境温度和折射率变化有较强的双折射灵敏度，分别经过阵列偏光器(2)和偏振调节器(3)调制后得到的正交偏振模式的光波，通过保偏光纤(4)的调制后，产生不同的相位变化，在光谱分析仪(5)中显示的两个正交偏振模式的干涉图样有不同的温度和环境指标的灵敏度，实现温度和环境指标的同时测量。本发明的有益效果是该装置能够将待测液体的折射率的变化转化为干涉图样的的相位变化，通过测量相位在参考状态下和有外界环境影响的状态下的变化，推算出相应的折射率和温度，更能达到外界温度和折射率变化的同时测量；同时该折射率有结构简单和灵敏度闻等优点。
图I是本发明的基于保偏光纤的紧凑型直列干涉结构的传感器示意图；图2是本发明的保偏光纤与出射光纤错位熔接示意图；图3是本发明的单模光纤分别沿保偏光纤快慢轴侧向移动对应的透射光谱图；图4是本发明的分别对应不同输入偏振(正交偏振)模式的光谱图；图5是本发明的分别对应不同输入偏振(正交偏振)模式和温度的光谱图；图6是本发明的分别对应于X和y偏振模式下折射率变化对应的透射光谱图。
具体实施例方式下面结合附图及实施实例对本发明作进一步描述参见附图1，一种基于保偏光纤的干涉型折射率传感器，由宽带光源(I)、阵列偏光器⑵、偏振调节器⑶、保偏光纤⑷、光谱分析仪(5)、连接光纤(6)、入射光纤(7)和出射光纤(8)组成；宽带光源(I)和阵列偏光器(2)通过连接光纤(6)相连，阵列偏光器(2)和保偏光纤(4)分别通过连接光纤(6)和入射光纤(7)与偏振调节器(3)相连，其中入射光纤(7)纤芯的中心与保偏光纤(4)纤芯的中心对齐相连,保偏光纤(4)再通过出射光纤
(8)连接光谱分析仪(5)，而其中保偏光纤(2)纤芯的中心与出射光纤(8)纤芯的中心以不对齐的方式相连；保偏光纤(4)作为测量外界环境指标的传感探头。本实例中选用的宽带光源(I)以中心波长为1550nm、带宽为200nm的宽带光源，连接光纤出)、入射光纤(7)和出射光纤(8)均以纤芯直径为9微米，包层直径为125微米的单模光纤，保偏光纤作为传感探头长度为1cm，保偏光纤纤芯直径为5微米，包层直径为100微米，双折射率为2. 4 X IO-4,图3是本发明的单模光纤分别沿快慢轴侧向移动对应的透射光谱图，当出射光纤(8)沿保偏光纤(4)的快轴方向垂直移动12微米时得到最大消光率12. ldB，而出射光纤(8)进一步移动超过距离保偏光纤中心12微米时，干涉条纹的消光率逐渐减少，当出射光纤(8)沿保偏光纤(4)的慢轴方向移动时，干涉条纹的最大消光率不到7dB ;图4是本发明的分别对应不同输入偏振(正交偏振)模式的光谱图，偏振方向分别对齐于保偏光纤(4)的慢快轴，对齐慢轴叫X偏振模式，对齐快轴叫y偏振模式，当以X偏振模式发射到保偏光纤(4)时，生成一个21. 85nm波长差，消光率为_17. 2dB,当以y偏振模式发射到保偏光纤(4)时，生成一个28. 98nm波长差，消光率为-14. 3dB，由此可见，保偏光纤基于正交偏振对外界环境指标有不同的灵敏度；图5是本发明的分别对应不同输入偏振(正交偏振)模式和温度的光谱图，当温度在30度到1 30度范围内增加，干涉条纹的波峰线性地往较长的波长偏移，测得温度灵敏度对于X偏振模式为0. 115nm/°C和对于y偏振模式为0. 097nm/°C ;图6是本发明的分别对应于x和y偏振模式下保偏光纤外界液体折射率对应的透射光谱图，当保偏光纤外界液体折射率从I. 30增加I. 44，对应不同输入偏振状态的干涉图样的波峰都向短波方向移动，但灵敏度不同，对应于X偏振模式和y偏振模式的灵敏度分别为 46. 7nm/RIU 和 36. 7nm/RIU。
权利要求
1.一种基于保偏光纤的干涉型折射率传感器，其特征在于由宽带光源(I)、阵列偏光器(2)、偏振调节器(3)、保偏光纤(4)、光谱分析仪(5)、连接光纤(6)、入射光纤(7)和出射光纤(8)组成；宽带光源(I)和阵列偏光器(2)通过连接光纤(6)相连，阵列偏光器(2)和保偏光纤(4)分别通过连接光纤(6)和入射光纤(7)与偏振调节器(3)相连，其中入射光纤(7)纤芯的中心与保偏光纤(4)纤芯的中心对齐相连,保偏光纤(4)再通过出射光纤(8)连接光谱分析仪(5)，保偏光纤(4)纤芯的中心与出射光纤(8)纤芯的中心以错位方式相连；保偏光纤(4)作为测量折射率的传感探头。
2.根据权利要求I所述的一种基于保偏光纤的干涉型折射率传感器，其特征在于连接光纤、入射光纤和出射光纤都可以是一般的单模光纤，单模光纤纤芯直径为9 15微米，包层直径为100 150微米。
3.根据权利要求I所述的一种基于保偏光纤的干涉型折射率传感器，其特征在于保偏光纤(4)纤芯直径为5 8微米，包层直径为50 100微米，双折射率为2. 4X 10_4，保 偏光纤(4)的长度范围为I 2cm。
4.根据权利要求I所述的一种基于保偏光纤的干涉型折射率传感器，其特征在于保偏光纤(4)纤芯的中心与出射光纤(8)纤芯的中心以错位方式熔接。
5.根据权利要求I所述的一种基于保偏光纤的干涉型折射率传感器，其特征在于保偏光纤(4)纤芯的中心与出射光纤(8)纤芯的中心以错位方式熔接时，出射光纤(8)纤芯与保偏光纤(4)纤芯的错位尺寸范围为0-18微米，错位方向为保偏光纤的快轴方向或者慢轴方向。
全文摘要
一种基于保偏光纤的干涉型折射率传感器，其特征在于由宽带光源(1)、阵列偏光器(2)、偏振调节器(3)、保偏光纤(4)、光谱分析仪(5)、连接光纤(6)、入射光纤(7)和出射光纤(8)组成；宽带光源(1)和阵列偏光器(2)通过连接光纤(6)相连，阵列偏光器(2)和保偏光纤(4)分别通过连接光纤(6)和入射光纤(7)与偏振调节器(3)相连，其中入射光纤(7)纤芯的中心与保偏光纤(4)纤芯的中心对齐相连，保偏光纤(4)再通过出射光纤(8)连接光谱分析仪(5)，而其中保偏光纤(2)纤芯的中心与出射光纤(8)纤芯的中心以错位方式相连；保偏光纤(4)作为测量折射率的传感探头。该装置测量折射率灵敏度高，结构简单，可以应用于各类实际工程中，有很好的应用前景。
文档编号G01N21/45GK102636458SQ20121012856
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月23日 优先权日2012年4月23日
发明者余庆, 李萍, 杨锦华, 沈常宇, 牟晟, 王薇, 董新永, 蒋婷婷, 褚金雷, 邹新, 钟川 申请人:中国计量学院