基于光束轨道角动量的光纤传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及传感器领域，更具体而言，涉及一种基于光束轨道角动量相干检测的 马赫曾德干涉仪型光纤传感器。
【背景技术】
[0002] 光的轨道角动量模式是一种具有螺旋相位面的传播模式，轨道角动量的阶数可以 是任意整数，且不同阶数轨道角动量的光束之间相互正交，这种独特的相位特性和拓扑结 构使其在基础研宄和应用研宄等领域备受关注。
[0003] 尽管光的轨道角动量模式已经被广泛的研宄，但其在传感领域的应用依然没有相 关文献，存在着技术空白。在通信领域，光的轨道角动量模式被用于提高通信容量，能够同 时传输多个轨道角动量模式的新型光纤作为长距离、大容量信息传输的载体，近年来已经 成为研宄热点。这种新型光纤的研制使基于光束轨道角动量的光纤传感器成为一种可能。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明需要提供一 种基于光束轨道角动量的光纤传感器。
[0005] 一种基于光束轨道角动量的光纤传感器，包括激光器、光纤传感单元、扩束器及测 量单元，该光纤传感单元、该扩束器及该测量单元沿该激光器输出的光的光路依次放置。
[0006] 该激光器用于输出基模高斯光束。该光纤传感单元用于将该基模高斯光束分成第 一光束及第二光束，将该第一光束调制成轨道角动量光束，及利用该第二光束与该轨道角 动量光束形成干涉光束并输出该干涉光束至该扩束器。该扩束器用于对该干涉光束进行扩 大。该测量单元用于将经过该扩束器的该干涉光束分成第一子干涉光束及第二子干涉光 束，测量该第一子干涉光束对应的第一光功率及该第二子干涉光束对应的第二光功率并获 得该第一光功率及该第二光功率的变化值。
[0007] 上述光纤传感器中，光纤传感单元将基模高斯光束分成两束光后输出干涉光束， 测量单元测量两个干涉光束的光功率变化值，在后续处理过程中，该光功率变化值可被用 于计算光程差的改变量，进而实现传感器的功能。
[0008] 在一些实施方式中，该光纤传感单元包括光纤分束器、传感光纤、液晶空间光调制 器、第一光纤准直器、第二光纤准直器、偏振片及第一分光棱镜。该光纤分束器用于将该基 模高斯光束分成该第一光束及该第二光束，该第一光束依次经过该第一光纤准直器、该偏 振片及该第一分光棱镜进入该液晶空间光调制器，该液晶空间光调制器用于将该第一光束 调制成该轨道角动量光束并传送至该第一分光棱镜。该传感光纤连接该光纤分束器及该第 二光纤准直器，并用于将该第二光束传送至该第二光纤准直器，该第二光纤准直器用于将 该第二光束传送至该第一分光棱镜。该第一分光棱镜用于将该轨道角动量光束及该第二光 束形成该干涉光束并输出该干涉光束至该扩束器。
[0009] 在一些实施方式中，该光纤传感单元包括光纤分束器、传感光纤、液晶空间光调制 器、第一光纤准直器、第二光纤准直器、偏振片及第一分光棱镜。
[0010] 该光纤分束器用于将该基模高斯光束分成该第一光束及该第二光束，该第一光束 依次经过该第一光纤准直器及该偏振片进入该液晶空间光调制器，该液晶空间光调制器用 于将该第一光束调制成该轨道角动量光束并传送至该第一分光棱镜。该传感光纤连接该光 纤分束器及该第二光纤准直器，并用于将该第二光束传送至该第二光纤准直器，该第二光 纤准直器用于将该第二光束传送至该第一分光棱镜。该第一分光棱镜用于将该轨道角动量 光束及该第二光束形成该干涉光束并输出该干涉光束至该扩束器。
[0011] 在一些实施方式中，该光纤传感单元包括光纤分束器、传感光纤、液晶空间光调制 器、第一光纤准直器、第二光纤准直器、第三光纤准直器、第四光纤准直器、偏振片及第一分 光棱镜。该光纤分束器用于将该基模高斯光束分成该第一光束及该第二光束，该第一光束 依次经过该第一光纤准直器及该偏振片进入该液晶空间光调制器。
[0012] 该液晶空间光调制器用于将该第一光束调制成该轨道角动量光束并将该轨道角 动量光束传送至该第三光纤准直器。该第三光纤准直器连接该传感光纤，并用于将该轨道 角动量光束耦合至该传感光纤。该传感光纤连接该第三光纤准直器及该第四光纤准直器， 并用于将该轨道角动量光束传送至该第四光纤准直器，该第四光纤准直器用于将该轨道角 动量光束传送至该第一分光棱镜。该第二光纤准直器与该光纤分束器连接并用于将该第二 光束传送至该第一分光棱镜。该第一分光棱镜用于将该轨道角动量光束及该第二光束形成 该干涉光束并输出该干涉光束至该扩束器。
[0013] 在一些实施方式中，该液晶空间光调制器是反射式液晶空间光调制器。
[0014] 在一些实施方式中，该液晶空间光调制器是透射式液晶空间光调制器。
[0015] 在一些实施方式中，该测量单元包括第二分光棱镜、第三分光棱镜、第五光纤准直 器、第六光纤准直器、摄像装置及光功率计。该第二分光棱镜用于反射校正光至该摄像装 置，并透射经过该扩束器的该干涉光束至该第三分光棱镜。该摄像装置用于利用该校正光 进行成像以用于校正该第五光纤准直器与该第六光纤准直器的位置。该第三分光棱镜用于 将经过该扩束器的该干涉光束分成该第一子干涉光束及该第二子干涉光束，并将该第一子 干涉光束透射至该第五光纤准直器，及将该第二子干涉光束反射至该第六光纤准直器。该 第五光纤准直器用于将该第一子干涉光束传送至该光功率计。该第六光纤准直器用于将该 第二子干涉光束传送至该光功率计。该光功率计用于测量该第一子干涉光束对应的第一光 功率及该第二子干涉光束对应的第二光功率并获得该第一光功率及该第二光功率的变化 值。
[0016] 在一些实施方式中，该传感光纤是轨道角动量光纤，该轨道角动量光纤从内向外 依次包括：芯层，该芯层的材料为纯石英、空气或掺有共掺杂物的石英，该共掺杂物包括氟、 磷化合物中的一种；设置在该芯层周围且掺有共掺杂剂的环形区域，该共掺杂剂包括锗； 以及设置在该环形区域周围的包层。
[0017] 在一些实施方式中，该芯层的直径为500nm~6000nm，该环形区域的厚度为 500nm ~⑶OOnm。
[0018] 在一些实施方式中，该第五光纤准直器和该第六光纤准直器的位置相对于经过该 扩束器的该干涉光束在同一个圆周上，且第五光纤准直器和第六光纤准直器相对于该圆周 圆心的夹角满足'其中η是正整数，L是该轨道角动量光束的阶数且为 整数。
[0019] 在一些实施方式中，该传感光纤是标准单模光纤或多模光纤。
[0020] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0021] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将 变得明显和容易理解，其中：
[0022] 图1是本发明较佳实施方式的光纤传感器的结构示意图；
[0023] 图2是本发明较佳实施方式的光纤传感器的干涉图像示意图；
[0024] 图3是本发明较佳实施方式的光纤传感器的光功率与光程差变化量的关系示意 图；
[0025] 图4是本发明较佳