一种基于花生-拉椎-花生结构的马赫-曾德折射率传感器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于花生-拉椎-花生结构(Peanut-Taper-Peanut structure)的马赫-曾德折射率传感器，其特征在于：由入射光纤(1)、第一个花生型结构(2)、第一段连接光纤(3)、光纤拉椎结构(4)、第二段连接光纤(5)、第二个花生型结构(6)、出射光纤(7)组成；第一个花生型结构(2)和第二个花生型结构(6)用同样的参数制作。第一个花生型结构(2)两边分别与入射光纤(1)以及第一段连接光纤(3)相连接，第二个花生型结构(6)两边分别与第二段连接光纤(5)以及出射光纤(7)相连接，第一段连接光纤(3)和第二段连接光纤(5)中间接光纤拉椎结构(4)。由入射光纤(1)，第一个花生型结构(2)，第一段连接光纤(3)，光纤拉椎结构(4)，第二段连接光纤(5)，第二个花生型结构(6)，出射光纤(7)组成的线型结构。本发明灵敏度高、抗外界电磁干扰能力强，可以应用于各类实际工程中。
【专利说明】—种基于花生-拉椎-花生结构的马赫-曾德折射率传感器
【技术领域】
[0001]本发明提供了一种基于花生-拉椎-花生型(Peanut-Taper-Peanut structure)的马赫-曾德折射率传感器，属于光纤传感【技术领域】。
【背景技术】
[0002]马赫-曾德干涉仪(Mach-Zehnder interferometer)广泛应用于光纤传感系统中。初期，光纤的主要作用是传输。当一束光经耦合器分成两束，分别沿着两根光纤进行传播时，其中一根作为参考光路，另一根作为调制光路。两束光将在下一个耦合器重新汇合，发生干涉。当调制光路受到外界影响时，在调制光路中传播的光的光程会发生改变，从而两路光的光程差会发生变化，干涉条纹也相应的有所改变。通过干涉条纹变化和环境变化的对应关系，就可以在测量中，通过干涉条纹的变化推出环境参量的变化。随着光纤传感技术的不断发展，马赫-曾德干涉仪用于光纤传感器的方式也发生着改变。光纤的作用也从仅仅传输功能演变到兼有传输和传感的功能。在对光纤进行一些加工后形成的拉椎、椎腰放大、错位、花生等结构可以作为耦合器将沿着光纤纤芯传播的光耦合一部分进入包层，并在下一个类似的光纤耦合器将光重新耦合回纤芯，实现沿着纤芯和沿着包层分别传播的两部分光发生干涉。这就是马赫-曾德干涉仪的原理。当外界环境对纤芯包层的影响不同时，沿着纤芯传播的光和沿着包层传播的光会由于纤芯包层对外界环境反应的差异产生干涉的变化，在光纤传感的应用上反应在光谱图的变化上。在分析出光谱变化和外界环境变化之间的关系后，就可以通过对光谱变化的监测实现对外界环境的监测，实现传感器的作用。拉椎结构本身除了作为光纤耦合器的作用外，还因其增大了外界环境对纤芯光传播的影响而使得传感器对外界环境更加敏感，所以往往作为增强传感器灵敏度的部分。基于马赫-曾德干涉原理的传感器在电磁干扰强、小空间环境的监测上有其明显的优势，具有制作成本低、体积小、灵敏度闻等优点。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种基于花生-拉椎-花生结构的马赫-曾德折射率传感器。该装置能够将待测折射率的变化量转化为探测信号的光谱消光比的变化。具有结构简单、易于操作、灵敏度高等特点。
[0004]本发明通过以下技术方案实现:
[0005]一种基于花生-拉椎-花生结构(Peanut-Taper-Peanut structure)的马赫-曾德折射率传感器，其特征在于:由入射光纤(I)、第一个花生型结构(2)、第一段连接光纤
(3)、光纤拉椎结构(4)、第二段连接光纤(5)、第二个花生型结构(6)、出射光纤(7)组成；第一个花生型结构(2)和第二个花生型结构(6)用同样的参数制作。第一个花生型结构(2)两边分别与入射光纤(I)以及第一段连接光纤(3)相连接，第二个花生型结构(6)两边分别与第二段连接光纤(5)以及出射光纤(7)相连接，第一段连接光纤(3)和第二段连接光纤(5)中间接光纤拉椎结构(4)。由入射光纤(I)，第一个花生型结构(2)，第一段连接光纤
(3)，光纤拉椎结构(4)，第二段连接光纤(5)，第二个花生型结构(6)，出射光纤(7)组成的线型结构
[0006]所述的一种基于花生-拉椎-花生结构(Peanut-Taper-Peanut structure)的马赫-曾德折射率传感器，其特征在于:入射光纤(I)、出射光纤(7)、第一段连接光纤(3)、第二段连接光纤(5)可米用G.652、G.653和G.655单模光纤,入射光纤(I)和出射光纤(7)长度为20?40cm,第一段连接光纤(3)、第二段连接光纤(5)长度均为I?2cm。
[0007]所述的一种基于花生-拉椎-花生结构(Peanut-Taper-Peanut structure)的马赫-曾德折射率传感器，其特征在于:其特征在于:第一个花生型结构(2)和第二个花生型结构(6)可采用G652、G.653和G.655单模光纤，长度为350?450 μ m。
[0008]所述的一种基于花生-拉椎-花生结构(Peanut-Taper-Peanut structure)的马赫-曾德折射率传感器，其特征在于:光纤拉椎结构(4)可采用G652、G.653和G.655单模光纤，长度为700?800 μ m。
[0009]本发明的工作原理是:入射光由第一个花生型结构(2)分成两部分光，一部分沿着纤芯传播，一部分沿着包层传播，经第二个花生型结构(6)沿着纤芯传输的光和沿着包层传输的光发生干涉。外界折射率变化时，对纤芯和包层的影响不同，导致纤芯和包层的有效折射率差发生变化，从而引起光在纤芯和包层的分布发生变化，导致光谱的消光比发生变化。监测干涉光谱的消光比即可还原折射率变化情况。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明的基于花生-拉椎-花生结构的马赫-曾德折射率传感器示意图；
[0011]图2是本发明的不同折射率情况下光纤传感器的干涉光谱变化实验图；
[0012]图3是本发明的折射率灵敏度线型拟合图；
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图及实施实例对本发明作进一步描述:
[0014]参见附图1,一种基于花生-拉椎-花生结构(Peanut-Taper-Peanut structure)的马赫-曾德折射率传感器，由入射光纤(I)、第一个花生型结构(2)、第一段连接光纤(3)、光纤拉椎结构(4)、第二段连接光纤(5)、第二个花生型结构(6)、出射光纤(7)组成；第一个花生型结构(2)和第二个花生型结构(6)用同样的参数制作。第一个花生型结构(2)两边分别与入射光纤(I)以及第一段连接光纤(3)相连接，第二个花生型结构(6)两边分别与第二段连接光纤(5)以及出射光纤(7)相连接，第一段连接光纤(3)和第二段连接光纤
(5)中间接光纤拉椎结构(4)。由入射光纤(I)，第一个花生型结构(2)，第一段连接光纤
(3)，光纤拉椎结构(4)，第二段连接光纤(5)，第二个花生型结构(6)，出射光纤(7)组成的线型结构。
[0015]第一个花生型结构(2)第二个花生型结构(6)和光纤拉椎结构(4)均采用普通G.652单模光纤,两个花生型结构长度为402.6 μ m,光纤拉椎结构(4)长度为735.4 μ m。融接在其两端的连接光纤为普通G.652单模光纤，长度为2cm。入射光纤(I)与出射光纤(7)均采用普通G.652单模光纤，长度均为30cm。第一个花生型结构(2)，第一段连接光纤(3)，光纤拉椎结构(4)，第二段连接光纤(5)，第二个花生型结构(6)所构成的线型结构是传感头部分，用于探测外界折射率的大小。实验时，将入射光纤(I)与出射光纤(7)两段分别固定在平台上，在传感头下方置放一个升降台，升降台上可以放上载以不同折射率液体的载破片。在测量时升高升降台，使得传感头与液体接触，测量数据后下降升降台以替换载以另一折射率液的载玻片。图(2)为室温条件下不同折射率时的干涉光谱变化实验图，可见，当施加在传感头上的折射率在1.3334?1.4081的范围内变化时，对应传感头的干涉光谱由23.891变到7.786。图3是本发明的折射率灵敏度线型拟合图，在折射率从1.3334变到1.3692时该传感器的灵敏度为240.78消光比/折射率单位，在折射率从1.3692变到
1.4081时该传感器的灵敏度为186.08消光比/折射率单位。
【权利要求】
1.一种基于花生-拉椎-花生结构(Peanut-Taper-Peanut structure)的马赫-曾德折射率传感器，其特征在于:由入射光纤(I)、第一个花生型结构(2)、第一段连接光纤(3)、光纤拉椎结构(4)、第二段连接光纤(5)、第二个花生型结构(6)、出射光纤(7)组成；第一个花生型结构(2)和第二个花生型结构(6)用同样的参数制作。第一个花生型结构(2)两边分别与入射光纤(I)以及第一段连接光纤(3)相连接，第二个花生型结构(6)两边分别与第二段连接光纤(5)以及出射光纤(7)相连接，第一段连接光纤(3)和第二段连接光纤(5)中间接光纤拉椎结构(4)。由入射光纤(I)，第一个花生型结构(2)，第一段连接光纤(3)，光纤拉椎结构(4)，第二段连接光纤(5)，第二个花生型结构(6)，出射光纤(7)组成的线型结构。
2.根据权利要求1所述的一种基于花生-拉椎-花生型(Peanut-Taper-Peanutstructure)的马赫-曾德折射率传感器，其特征在于:入射光纤(I)、出射光纤(7)、第一段连接光纤(3)、第二段连接光纤(5)可米用G.652、G.653和G.655单模光纤,入射光纤(I)和出射光纤(7)长度为20?40cm，第一段连接光纤(3)、第二段连接光纤(5)长度均为I?2cm。
3.根据权利要求1所述的一种基于花生-拉椎-花生型(Peanut-Taper-Peanutstructure)的马赫-曾德折射率传感器，其特征在于:第一个花生型结构(2)和第二个花生型结构(6)可采用G.652、G.653和G.655单模光纤，长度为350?450 μ m。
4.根据权利要求1所述的一种基于花生-拉椎-花生型(Peanut-Taper-Peanutstructure)的马赫-曾德折射率传感器，其特征在于:光纤拉椎结构(4)可采用G.652、G.653和G.655单模光纤，长度为700?800 μ m。
【文档编号】G01N21/45GK104297209SQ201410581790
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月23日 优先权日:2014年10月23日
【发明者】倪凯, 黄然, 马启飞, 吴雪英 申请人:中国计量学院