二子干涉光束传送至该光功率计134。
[0052] 该光功率计134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。
[0053] 在光纤传感器100实验前，可根据红外摄像装置132上观察到的样正用干涉光 所形成的干涉图像来放置第五光纤准直器128和第六光纤准直器130,使第五光纤准直 器128和第六光纤准直器130的位置相对于经过扩束器106的扩束光而言在同一个圆 周上，且第五光纤准直器128和第六光纤准直器130相对于该圆周圆心的夹角α满足
【主权项】
1. 一种基于光束轨道角动量的光纤传感器，其特征在于，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； 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。
2. 如权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于，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。
3. 如权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于，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。
4. 如权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于，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； 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。
5. 如权利要求2或4所述的光纤传感器，其特征在于，该液晶空间光调制器是反射式液 晶空间光调制器。
6. 如权利要求3或4所述的光纤传感器，其特征在于，该液晶空间光调制器是透射式液 晶空间光调制器。
7. 如权利要求2或3或4所述的光纤传感器，其特征在于，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。
8. 如权利要求4所述的光纤传感器，其特征在于，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。
9. 如权利要求8所述的光纤传感器，其特征在于，该芯层的直径为500nm~6000nm，该 环形区域的厚度为500nm~6000nm〇
10. 如权利要求7所述的光纤传感器，其特征在于，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。
11. 如权利要求2或3所述的光纤传感器，其特征在于，该传感光纤是标准单模光纤或 多模光纤。
【专利摘要】在本发明公开的光纤传感器，激光器用于输出基模高斯光束。光纤传感单元将基模高斯光束分成第一光束及第二光束，将第一光束调制成轨道角动量光束，及利用第二光束与轨道角动量光束形成干涉光束并输出干涉光束至扩束器。扩束器对干涉光束进行扩大。测量单元将经过扩束器的干涉光束分成第一子干涉光束及第二子干涉光束，测量第一子干涉光束对应的第一光功率及第二子干涉光束对应的第二光功率并获得第一光功率及第二光功率的变化值。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。
【IPC分类】G01D5-353
【公开号】CN104764474
【申请号】CN201510105284
【发明人】郑小平, 严皓哲, 李尚远, 张汉一, 周炳琨
【申请人】清华大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月10日