专利名称：基于高双折射光子晶体光纤萨格纳克环的全光纤热补偿标准具的制作方法
技术领域：
本发明属于基于波长编码的光纤传感领域，特点是一种基于高双折射光子晶体光纤萨格纳克环的全光纤热补偿标准具，其可以用于光纤传感系统中对波长的精确标定。
背景技术：
在基于波长编码的高精度光学测量领域中，标准具是不可或缺的波长定标器件。 现有的技术中，主要是以法布里-珀罗(F-P)干涉仪作为波长标准具。这种技术结构复杂， 工艺要求高，且多采用熔融石英或者精钢石制成干涉仪，成本很高。光子晶体光纤又被称为微结构光纤，其横截面上有较复杂的折射率分布，通常含有不同排列形式的气孔。高双折射光子晶体光纤又称为偏振保持光子晶体光纤，其不同偏振态的折射率差比普通偏振保持光纤大一个数量级以上，相应地用其构成的萨格纳克环的干涉条纹间距在同等光纤长度下小一个数量级，更为重要的是由于此种光纤结构上的特点，温度对其干涉条纹波长的影响极小，典型值为_2pm/°C /m，使其具有成为热补偿标准具得天独厚的优势。目前尚未有利用高双折射光子晶体光纤构成全光纤热补偿标准具的方案。
发明内容
本发明目的是解决现有波长标准具结构复杂、制作工艺要求和成本较高的问题， 针对高双折射率光子晶体光纤高双折射度和低波长温漂的特点，提出一种基于高双折射光子晶体光纤萨格纳克环的全光纤热补偿标准具。本发明提供的基于高双折射光子晶体光纤萨格纳克环的全光纤热补偿标准具，包括单模3dB耦合器、偏振控制器、高双折射光子晶体光纤和热敏感材料；所述的偏振控制器和高双折射光子晶体光纤熔接在3dB耦合器同一侧的两端构成的光纤萨格纳克环中，高双折射光子晶体光纤的一段用强力胶粘贴在热敏感材料上，所述的热敏感材料为热膨胀系数较高的金属材料。所述的高双折射光子晶体光纤长度为10m_15m，根据对标准具波长间隔的需求进
行调整。所述的热敏感材料为青铜、黄铜或者铝合金。可根据所选光子晶体光纤长度及物理特性进行调整。本发明中构成萨格纳克环的光纤为高双折射光子晶体光纤(又称偏振保持光子晶体光纤)，利用其高双折射特性产生小波长间隔干涉条纹。高双折射光子晶体光纤萨格纳克环产生的干涉条纹在温度升高时将产生波长蓝移，受拉应变影响时产生波长红移，通过合理计算，利用热敏感材料受热拉伸和受冷收缩对光纤施加应变，产生与温度效应相反的波长漂移从而实现自动补偿，实现萨格纳克环干涉条纹的热不敏感特性。
所述标准具的制作方法是
将高双折射光子晶体光纤融接在2X2的3dB耦合器同端(输入或者输出端)两臂构成萨格纳克环，为了使干涉条纹对比度可调，在萨格纳克环中加入偏振控制器。将高双折射光子晶体光纤的一段(长15cm)，粘贴在热敏感材料表面进行热补偿。发明原理
对于光纤萨格纳克干涉环，其周期性条纹的间隔δ λ满足如下公式 δ λ = λ2/(ΔηΧ“Η)(1)
其中，λ表示干涉仪工作的波长，这里为C波段，λ为1550nm，Δη表示保偏光纤两个偏振方向的折射率差，即双折射度，典型值为8. 6Χ 10_4，Leff为高双折射光子晶体光纤的长度。外界温度变化导致的干涉条纹波长漂移量反向正比于温度升高的数值，典型值为-2pm/°C/m。应变导致的干涉条纹波长漂移量正比于应变值，典型值为1.3pm/μ ε。将高双折射光子晶体光纤的一段粘贴于热膨胀系数较大的材料上，利用热胀冷缩实现对温度的自动补偿，从而实现热不敏感标准具。本发明的有益效果
由高双折射光子晶体光纤和光纤耦合器、偏振控制器构成的全光纤热补偿标准具，结构简单，易于实现，成本适中，且该标准具波长间隔极易控制，具有非常广阔的应用前景。利用高双折射光子晶体光纤的高双折射度，实现任意波长间隔的干涉，利用温度和应变对萨格纳克干涉仪干涉条纹漂移互补偿效应，实现了一种简单可靠的热不敏感标准具。
图1是本发明的结构示意图。图中1.单模3dB耦合器，2.高双折射光子晶体光纤，3.热敏感材料，4.偏振控制器，5.强力胶。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
具体实施例方式实施例
如图1所示，一种基于高双折射光子晶体光纤萨格纳克环的全光纤热补偿标准具，包括一个单模3dB耦合器l，1550nm波段高双折射光子晶体光纤2 (长11m)，偏振控制器4， 502强力胶5，热敏感材料(20cm X 5cm X0. 5cm青铜块)3。
具体实施方式
及计算方法如下
3dB耦合器l、llm长高双折射光子晶体光纤2、偏振控制器4经熔接构成光纤萨格纳克环，将高双折射光子晶体光纤的一段(约15cm)用502强力胶5粘贴在青铜块3表面，剩余高双折射光子晶体光纤盘成数圈(直径20cm)紧邻青铜块3放置，以确保所处的温度环境一致，通过控制偏振控制器实现萨格纳克环干涉条纹获得最高对比度。根据公式1及该高双折射光子晶体光纤的双折射度Δη=8.6Χ10_4可以算得该干涉仪的峰值波长间隔为0.2Mnm。Ilm长光纤因温度引起的干涉波长漂移量约为-22pm/°C，由应变引起的波长漂移为1.3ρπι/μ ε，青铜的线性热膨胀系数为 17. 5 μ e/°C，则热补偿带来的波长漂移约为1.3ρπι/μ ε X 17. 5 μ ε/°C =22. 75pm/°C，经热补偿后干涉波长的漂移仅为-0. 75pm/°C，完全能够满足现有传感技术对标准具热不敏感度的要求，实现了标准具的温漂自动补偿。 实际使用时，可以根据需求选择高双折射光子晶体光纤的长度及热敏感材料，只需保证二者物理参数上的匹配即可。
权利要求
1.一种基于高双折射光子晶体光纤萨格纳克环的全光纤热补偿标准具，其特征在于 该标准具包括单模3dB耦合器、偏振控制器、高双折射光子晶体光纤和热敏感材料；所述的偏振控制器和高双折射光子晶体光纤熔接在3dB耦合器同一侧的两端构成光纤萨格纳克环，高双折射光子晶体光纤的一段用强力胶粘贴在热敏感材料上，所述的热敏感材料为热膨胀系数较高的金属材料。
2.根据权利要求1所述的标准具，其特征在于所述的高双折射光子晶体光纤长度为 10m-15m，根据对标准具波长间隔的需求进行调整。
3.根据权利要求1或2所述的标准具，其特征在于所述的热敏感材料为青铜、黄铜或者招合金ο
全文摘要
一种基于高双折射光子晶体光纤萨格纳克环的全光纤热补偿标准具。该标准具由一段高双折射光子晶体光纤、偏振控制器和3dB耦合器构成光纤萨格纳克干涉环，将高折射光子晶体光纤的一段粘贴在热敏感材料上。本发明利用高双折射光子晶体光纤的高双折射度，实现任意波长间隔的干涉，利用温度和应变对萨格纳克干涉仪干涉条纹漂移互补偿效应，实现了一种简单可靠的热不敏感标准具。该标准具结构简单、成本低、可靠性高、设计灵活、全光纤化、制作工艺简单；所设计的标准具完全利用高双折射光子晶体光纤实现温度引入波长漂移的自动补偿。全光纤化结构特别适合于光纤传感系统中对波长进行定标。
文档编号G01J9/02GK102354026SQ201110299290
公开日2012年2月15日 申请日期2011年10月8日 优先权日2011年10月8日
发明者刘波, 刘艳格, 张昊, 王志, 郑夕宝, 陈进杰 申请人:南开大学