一种基于光纤萨格纳克干涉仪的声波传感测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光纤声波测量技术领域，具体的，涉及一种基于光纤萨格纳克干涉仪 的声波传感测量装置。
【背景技术】
[0002] 近年来，由于自然灾害的频繁发生，光纤声波传感器逐渐进入人们的视野，在水听 器、地震预报、石油勘探、安全检测、军事等领域均有重要的应用。光纤声波传感器主要是通 过探测声压实现声波探测，与普通的电学声波传感器相比，光纤传感器具有极强的抗干扰 能力，能在强电磁强辐射场合中使用，有极高的探测灵敏度，系统的响应范围大、耐腐蚀。
[0003] 现有技术中基于法布里-珀罗干涉仪的光纤声波传感器，是通过声波引起构成法 布里-?自罗腔（Fabry-Perot腔，FP腔）的薄膜振动，从而影响了 FP腔的腔长，进而改变其 输出光信号，这种方案的传感头制造较复杂，且信号解调难度较大。
[0004] 现有技术中基于马赫-泽德干涉仪（Mach-Zehnder Interferometer, MZI)的光纤 声波传感结构，采用MZI的一臂作为参考，另外一臂上的裸纤作传感臂，在外界声压的作用 下产生形变，分别对声波频率和声压大小进行测量，这种结构需要用到两个光纤耦合器，且 MZI的传感臂中需要对光纤进行合适的绕制，系统结构较为复杂。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的以上缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于光纤萨格纳克干涉 仪的声波传感测量装置，其目的在于通过单模光纤、少模光纤和长周期光纤光栅构成萨格 纳克光纤闭环，且长周期光纤光栅与少模光纤在萨格纳克闭环内级联；通过级联实现少模 光纤的干涉谱与长周期光纤光栅的损耗峰叠加以增加声波传感测量装置工作波长处输出 光谱的斜率，以提高声波探测灵敏度。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供了一种基于光纤萨格纳克干涉仪的声波传感测量装 置，包括单色光源、光纤耦合器、第一单模光纤、少模光纤、第二单模光纤、长周期光纤光栅、 第三单模光纤和光电探测器；
[0007] 其中，光纤耦合器的第一端口连接单色光源的输出端；第一单模光纤的第一端连 接光纤耦合器的第三端口；少模光纤的两端分别与第一单模光纤的第二端和第二单模光纤 的第一端横向错位相连接；长周期光纤光栅的第一端连接第二单模光纤的第二端；第三单 模光纤的第一端连接长周期光纤光栅的第二端；光纤耦合器的第四端口连接第三单模光纤 的第二端；光电探测器的输入端连接光纤耦合器的第二端口；
[0008] 其中，光纤耦合器的第三端口和第四端口之间的第一单模光纤、少模光纤、第二单 模光纤、长周期光纤光栅、第三单模光纤依次连接构成了萨格纳克闭环结构；单色光源、光 纤耦合器与萨格纳克闭环结构构成萨格纳克干涉仪；其中，长周期光纤光栅与少模光纤在 萨格纳克闭环内实现了级联，通过级联实现少模光纤的干涉谱与长周期光纤光栅的损耗峰 叠加以增加声波传感测量装置工作波长处输出光谱的斜率，进而提高探测灵敏度；
[0009] 光电探测器用于探测自耦合器的第二端输出的光信号并将其转化为电信号；
[0010] 用于声波测量时，将单色光源的波长设定在长周期光纤光栅的损耗峰斜边的线性 区中心处；当声波作用于长周期光纤光栅时，由振动引起的光栅曲率变化使得长周期光纤 光栅的损耗峰对应的谐振波长发生漂移；波长的漂移表现为光电探测器探测到的光功率变 化；从而可采用单色光源-功率解调的工作方式，根据探测到的光功率变化解调出声波信 号。
[0011] 优选的，还包括示波器，示波器的输入端连接光电探测器的输出端，用于显示光电 探测器的输出信号波形及数据信息。
[0012] 优选地，还包括光纤调节架，用于固定长周期光纤光栅；所述长周期光纤光栅被固 定夹持在光纤调节架上，光纤调节架的一端固定，通过微调其另一端来调整长周期光纤光 栅的曲率以获得对声波的最佳响应。
[0013] 优选地，所述少模光纤的两端分别与所述第一单模光纤和所述第二单模光纤横向 错位熔接，横向错位的距离为6 μ m-12 μ m，在该范围内的横向错位熔接可以得到对比度较 好的干涉谱，超出这个范围后少模光纤的输出干涉谱对比度较低。
[0014] 优选地，光纤耦合器采用2X2光纤耦合器。
[0015] 优选地，光纤耦合器的耦合比选择尽量不均匀的耦合比参数；
[0016] 光信号从親合器第一端口输入经过萨格纳克闭环后经親合器第二端口输出的透 过率T为：
[0017]
【主权项】
1. 一种基于光纤萨格纳克干涉仪的声波传感测量装置，其特征在于，包括单色光源 (1)、光纤耦合器（2)、第一单模光纤（3)、少模光纤（4)、第二单模光纤（5)、长周期光纤光栅 (6)、第三单模光纤（7)和光电探测器（8); 所述光纤耦合器（2)的第一端口连接单色光源（1)的输出端；第一单模光纤（3)的第 一端连接光纤耦合器（2)的第三端口；少模光纤（4)的两端分别与第一单模光纤（3)的第 二端和第二单模光纤（5)的第一端横向错位相连接；长周期光纤光栅（6)的第一端连接第 二单模光纤（5)的第二端；第三单模光纤（7)的第一端连接长周期光纤光栅（6)的第二端； 光纤耦合器（2)的第四端口连接第三单模光纤（7)的第二端；光电探测器（8)的输入端连 接光纤耦合器（2)的第二端口；示波器（9)的输入端连接光电探测器（8)的输出端； 其中，所述第一单模光纤（3)、所述少模光纤（4)、所述第二单模光纤（5)、所述长周期 光纤光栅（6)和所述第三单模光纤（7)在光纤耦合器（2)的第三端口与第四端口之间依次 连接形成的闭环构成萨格纳克闭环；所述长周期光纤光栅（6)与少模光纤（4)在所述萨格 纳克闭环内实现了级联；通过级联实现少模光纤的干涉谱与长周期光纤光栅的损耗峰叠加 以增加声波传感测量装置工作波长处输出光谱的斜率，进而提高探测灵敏度。
2. 如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，还包括示波器（9)，所述示波器（9)的 输入端连接至光电探测器（8)的输出端；用于显示光电探测器输出信号的波形。
3. 如权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于，还包括用于固定所述长周期光纤光 栅（6)的光纤调节架；所述光纤调节架的一端固定，通过微调所述光纤调节架的另一端来 调整所述长周期光纤光栅(6)的曲率以获得对声波的最佳响应。
4. 如权利要求1至3任一项所述的测量装置，其特征在于，所述少模光纤（4)的两端 分别与所述第一单模光纤（3)和所述第二单模光纤（5)横向错位熔接，横向错位的距离为 6um_12um。
5. 如权利要求1至4任一项所述的测量装置，其特征在于，所述光纤耦合器（2)采用 2X2光纤親合器。
6. 如权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述光纤耦合器（2)采用耦合比参数不 均匀的光纤耦合器。
7. 如权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述光纤耦合器（2)采用耦合比为 1:99的光纤親合器。
【专利摘要】本发明公开了一种基于光纤萨格纳克干涉仪的声波传感测量装置，包括单色光源、光纤耦合器、第一单模光纤、少模光纤、第二单模光纤、长周期光纤光栅、第三单模光纤、光电探测器和示波器；在光纤耦合器的第三端和第四端之间的第一单模光纤、少模光纤、第二单模光纤、长周期光纤光栅、第三单模光纤依次连接构成了萨格纳克闭环结构；长周期光纤光栅与少模光纤在萨格纳克闭环内实现了级联；当外界声波作用于该装置的长周期光纤光栅时，其曲率受到声频信号的调制，进而导致其损耗峰处的谐振波长发生漂移，通过斜边解调的方式解析损耗峰斜边对应波长处光功率变化解调出待测的声波信号，以实现对声波信号的传感测量。
【IPC分类】G01H9-00
【公开号】CN104792402
【申请号】CN201510180446
【发明人】鲁平, 傅鑫, 陈静, 刘德明
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月16日