用于形成耐高温干涉仪的纤维耦合器以及耐高温干涉仪的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种用于形成含光纤的干涉仪(传感器)的纤维耦合器，其中至少两个平行光纤放置于壳体中，其特征在于，所述光纤中的每一个由具有不同涂层的至少三个交替放置的导光部分组成，其中的至少一个(1)具有200℃以上的熔点，并且具有除了具有200℃以上熔点的涂层之外的涂层的两个对应部分(2)使用任何已知方法耦合。本发明还提供一种含有上述纤维耦合器的干涉仪，其中所述纤维耦合器通过具有耐高温涂层的至少两个光纤部分(8、9)互连。
【专利说明】
用于形成耐高温干涉仪的纤维耦合器以及耐高温干涉仪
技术领域
[0001]本发明的目标是一种用于形成干涉仪的纤维耦合器以及一种用于在高温和侵蚀性环境中工作的干涉仪。作为本专利的目标的干涉仪由至少一个(优选地两个)纤维耦合器组成。本发明将用于利用干扰效应的光纤传感器中，即，所谓的干涉仪传感器。
【背景技术】
[0002]光纤由核心、包层和涂层构成，所述光纤构成众所周知的纤维耦合器以及因此含纤维耦合器的干涉仪的基础。光纤的最内部分核心通常表征为具有高于纤维的包层的折射率。核心和包层两者通常由石英玻璃制成，而核心通常含有用于相对于包层的折射率提高折射率的添加物。光纤的涂层邻近于包层并且保护纤维免受不良环境条件影响、损坏等以及提供适当的包层模式辐射。光纤的最常见涂层由聚合物(例如，丙烯基)或金属(铜)制成。
[0003]存在用于光纤传感器中的装置，所述装置具有通过将光纤组合在一起、加热光纤以及拉伸而形成的纤维耦合器的形式，这样会使核心能够共同出现并且光纤之间的光能够耦合。在形成纤维耦合器之前，将发生耦合的部分使用已知的机械热方法或其它方法除去其涂层。
[0004]此纤维耦合器群组的典型实例是在发明JP2002250837的描述中发现的耐高温(高达约250°C至300°C)和湿度的纤维耦合器，其中通过将光纤附接到固定元件而将光纤接合和固持在一起。使用特定的杨氏模量粘合剂，利用适合于纤维强度的光纤拉力来制造耦合器。胶粘剂使用UV光固化，然而本发明还提供用于在室温下使用压力固化。
[0005]JP2003195092的描述含有关于用于恶劣天气条件和水下的纤维耦合器的信息，其中耦合金属涂覆的光纤。此种纤维耦合器含有多个密封的金属涂覆的光纤并且连接固定在金属壳体内部的加强元件处。
[0006]可以在申请案CN102520485中找到不同光纤耦合器形成方法，其中光纤首先被磨碎，随后通过加热和延伸光纤来耦合光纤，从而产生“具有适当(正确)温度特征的非常可靠的纤维耦合器”
[0007]可以在申请案CNl 01408644中找到又另一个光纤耦合器形成方法，其中光纤被加热且局部变窄，随后使用热固性粘合剂装配在石英底座中的U形凹槽中。整个纤维耦合器安置于不锈钢壳体内。
[0008]在专利EP0525743中呈现不同解决方案，其中在通过局部加热和锥化光纤而清除光纤的涂层，随后将光纤胶合到第一衬底之后将光纤耦合在一起，从而产生连接，所述连接随后固定到第二衬底上。
[0009]当前已知的解决方案允许形成耐受高达300°C温度的光纤耦合器。超过所述温度，围绕核心的包层会劣化，由此耗散信号。一个例外是金属涂覆的光纤，然而由于核心和包层的机械特性的变化，通过加热和锥化光纤而耦合光纤是非常困难的。由于温度或机械负载的变化，两者均变得易损坏且不耐受形成于玻璃中的张力。对提高此参数的已知尝试将是修改用于形成光纤的玻璃的化学成分，然而降低脆弱性的任何添加物被视为降低纤维的光学参数的掺杂物。
[0010]通过光纤部分连接的至少一个纤维耦合器(优选地两个)形成干涉仪，所述干涉仪可以用于干涉仪传感器中。连接纤维耦合器的光纤被称作干涉仪臂。在形成光纤干涉仪时的工艺问题是距离上的限制，可以在同一纤维上制造另一耦合器，由此难以制造广受欢迎的短臂干涉仪传感器。
[0011]在需要使用此类干涉仪传感器的情况下，设计耐高温干涉仪是必要的。设计此种耐高温干涉仪的问题直接涉及耐高温纤维耦合器的设计，因为干涉仪是使用耦合器制造的。例如，基于一个耦合器的迈克尔逊或萨尼亚克干涉仪或基于两个耦合器的马赫-策德尔干涉仪。
[0012]这就是目标为设计用于形成干涉仪的纤维耦合器的原因，所述纤维耦合器可以用于形成在高温下操作的传感器。
[0013]用于形成含有光纤的干涉仪(传感器)的纤维耦合器由壳体中的至少两个平行光纤组成，每个光纤由至少3个交替放置的光纤部分组成，每个部分处于与其邻近的部分不同的涂层中，其中至少一个(优选地金属)具有200°C以上的熔点。具有除了具有200°C以上熔点的那些涂层之外的涂层以及具有200°C以上熔点的涂层(优选地金属)的相邻部分使用任何已知方法(优选地通过剪接)连接。优选地每个光纤应含有在非金属(优选地聚合物)涂层中的两个部分，其中分切部分具有200°C以上熔点，优选地金属。非金属(优选地聚合物涂覆的)光纤部分用于形成纤维耦合器。使用已知技术制造耦合器。
[0014]含有耦合器的光纤部分固定到衬底，优选地玻璃。衬底是槽形或管道形的并且纤维在相邻区域中使用高温粘合剂永久地附接到所述衬底，预选地具有Resbond 940LE特征。光纤与衬底一起被放置在毛细管(优选地玻璃)内，并且优选地通过具有低热膨胀指数的高温粘合剂胶合到毛细管。优选地，光纤穿过的毛细孔另外通过优选地耐高温的密封剂密封，所述密封剂优选地为硅酮、硅酮泡沫、橡胶或软树脂。
【发明内容】
[0015]根据本发明，干涉仪含有使用光纤的至少两个部分互连的纤维耦合器。穿过耦合器的光纤含有具有聚合物涂层的至少两个光纤部分，并且所述耦合器的外部存在具有耐高温涂层(优选地金属)的至少两个光纤部分，所述光纤部分与聚合物涂覆的部分永久互连。
[0016]构成干涉仪臂的光纤部分具有相同的或截然不同的长度。
[0017]根据本发明，纤维耦合器和干涉仪解决了优选地在金属涂层中耦合耐高温纤维的问题，由于此类光纤的脆弱性，因此这在技术上难以执行。根据本发明的纤维耦合器和干涉仪的设计可以忽略在具有耐高温涂层(尤其金属)的光纤上形成耦合器的问题。同时，干涉仪臂由具有耐高温涂层的光纤制成，这允许将干涉仪用作传感器，其中需要增加温度的电阻。在具有非金属(优选地聚合物)涂层的光纤上制造耦合器本身，这允许调整众所周知的耦合器形成技术。
[0018]构成干涉仪的纤维耦合器的形成可以单独地执行，S卩，个别纤维耦合器(例如，通过使用具有耐高温涂层的光纤的部分剪接而构成干涉仪的臂)或通过按以下顺序剪接光纤部分的不同涂层类型而互连:非金属(优选地聚合物)、耐高温(优选地金属)以及再次非金属(优选地聚合物)、耐高温(优选地金属)以及再次非金属(优选地聚合物)。利用第2配置的纤维耦合器的形成实现保持纤维耦合器之间的小距离，这从传感器操作的视角来说是有益的。
[0019]通过在聚合物涂覆的光纤的相同部分上执行干涉仪以及随后金属化干涉仪臂，获得构成纤维耦合器和干涉仪臂的交替顺序的元件也是可能的。
【附图说明】
[0020]无
【具体实施方式】
[0021]已在图1中描绘用于获得耐高温干涉仪的纤维耦合器和耐高温干涉仪，图1示出构成干涉仪臂中的一个的光纤的设计，图2示出根据本发明的利用两个纤维耦合器的干涉仪的设计以及图3示出根据设计的利用两个纤维耦合器获得的干涉仪传感器。
[0022]实例I
[0023]装置，尤其用于获得含有光纤的干涉仪的纤维耦合器使光纤在壳体中平行放置。每个光纤由非金属涂层中的光纤的部分2组成，所述光纤在具有200°C以上熔点的涂层中的部分I之间。光纤的个别部分I和2通过剪接在前部互连。具有非金属涂层的相互对应的光纤部分(2)互连，其方式为使得光纤部分的核心足够接近，以便实现光纤之间的光学信号传播。
[0024]互连(耦合)的光纤固定到衬底(3)。衬底(3)具有槽或管道的形状并且纤维在相邻区域中使用高温粘合剂5通过永久方式固定所述衬底。耦合的光纤与衬底3—起放置在毛细管4内(附接到毛细管4)，使用具有低热膨胀指数的粘合剂5胶合到所述毛细管。光纤穿过的毛细管4中的孔另外通过耐高温密封剂6密封。
[0025]根据本发明执行的干涉仪含有通过具有金属涂层的光纤部分I互连的纤维耦合器
7。然而，穿过纤维耦合器的光纤由具有聚合物涂层的互连光纤部分2制成，并且在毛细管
(4)外部，具有耐高温金属涂层的光纤部分I与具有聚合物涂层的部分2永久互连，并且耦合器(7)之间的纤维(8)和(9)的长度是不同的。
[0026]通过按以下顺序剪接光纤部分的不同涂层类型而制造纤维耦合器:非金属(优选地聚合物)、耐高温(优选地金属)以及再次非金属(优选地聚合物)、耐高温(优选地金属)以及再次非金属(优选地聚合物)。利用第2配置的纤维耦合器的形成实现保持纤维耦合器之间的小距离，这从传感器操作的视角来说是有益的。
【主权项】
1.一种用于形成含光纤的干涉仪(传感器)的纤维耦合器，其中至少两个平行光纤放置于壳体中，其特征在于，所述光纤中的每一个由具有不同涂层的至少三个交替放置的导光部分组成，其中的至少一个(I)具有200°C以上的熔点，并且具有除了具有200°C以上熔点的涂层之外的涂层的两个对应部分(2)使用任何已知方法耦合。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光纤中的每一个含有具有非金属涂层的部分(2)，所述部分(2)在具有熔点为200°C以上的涂层的部分(I)之间。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述具有200°C以上熔点的涂层是金属性的。4.根据权利要求1或2或3所述的装置，其特征在于，具有除了具有200°C以上熔点的涂层之外的涂层的所述光纤是聚合物涂覆的光纤。5.根据权利要求1或2或3或4所述的装置，其特征在于，个别光纤部分通过剪接在前部互连。6.根据权利要求域2或3或4或5所述的装置，其特征在于，具有非金属涂层的所述相互对应的光纤部分(2)互连，其方式为使得所述光纤部分的核心足够靠近以便实现光纤之间的光学信号传播。7.根据以上权利要求中任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述互连(耦合)的光纤固定到衬底(3)。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述衬底(3)由玻璃制成。9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述衬底(3)具有槽或管道的形状。10.根据权利要求7或8或9所述的装置，其特征在于，所述光纤至少在相邻区域中使用具有低热膨胀指数的高温粘合剂(5)通过永久方式附接到所述衬底(3)。11.根据以上权利要求中任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述耦合的光纤与所述衬底(3)—起放置在毛细管(4)内部(附接到毛细管(4))，使用粘合剂(5)胶合到所述毛细管，并且所述光纤穿过的所述毛细管(4)中的孔另外通过密封剂(6)密封。12.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述粘合剂(5)是耐高温的。13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述粘合剂(5)是耐高温的并且所述毛细管(4)另外通过密封剂(5)密封，所述密封剂优选地为硅酮、硅酮泡沫、橡胶或软树脂。14.一种含有根据以上权利要求1至13中任一项权利要求所述的纤维耦合器的干涉仪，每一者具有放置于壳体中的至少两个平行光纤，其特征在于，所述光纤中的每一个由具有不同涂层的至少三个交替放置的导光部分组成，其中的至少一个(I)具有200°C以上的熔点，并且具有除了具有200°C以上熔点的涂层之外的涂层的两个对应部分(2)使用任何已知方法耦合，而所述耦合器通过具有耐高温涂层的至少两个光纤部分互连。15.根据权利要求15所述的传感器，其特征在于，所述耦合器(7)之间的所述光纤(8)和(9)的长度是不同的。16.根据权利要求15所述的传感器，其特征在于，所述耦合器(7)之间的所述光纤(8)和(9)的长度是相同的。17.根据权利要求16或17所述的传感器，其特征在于，所述耐高温涂层是金属性的。18.根据权利要求16或17所述的传感器，其特征在于，非金属涂层是聚合物。19.根据权利要求17至24所述的方法，其特征在于，衬底(3)和毛细管(4)由玻璃制成并 且构成所述装置以及传感器组件的壳体。
【文档编号】G02B6/293GK105980898SQ201480065217
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2014年9月28日
【发明人】安娜·罗占斯卡, 迈克尔·德鲁比克, 简·卡利什, 艾丽卡·莱斯克, 卡塔兹娜乔安娜·帕夫利克, 马乌戈热塔·奥尔泽萨, 兹比格涅夫·豪迪斯基, 迈克尔·斯兹曼基, 穆拉夫斯基·迈克尔, 卢克·奥斯特洛夫斯基, 塔德乌什·特尼德仁达, 托马斯·纳什洛夫斯基, 马芮克·纳皮莱拉
【申请人】信息技术有限公司, 费布润有限公司