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一種基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器及其應用的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器及應用，全光纖高精度傳感器由第一單模光纖、多模光纖、無芯光纖、第二單模光纖四部分構成，所述第一單模光纖、多模光纖、無芯光纖、第二單模光纖順序組合熔接；所述第一單模光纖與第二單模光纖規格相同；所述單模光纖芯層直徑小于所述多模光纖的芯層直徑；所述的第一單模光纖和第二單模光纖分別作為光源的入射端和透射端，多模光纖作為模式耦合器，提高無芯光纖中高階模式的激發效率，無芯光纖為測量區。本發明的優點是設計了一種低成本、高精度、體積小且結構緊湊的全光纖傳感器。使用一段多模光纖作為模式耦合器的，進一步優化了該發明的測量精度。
【專利說明】一種基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及醫療衛生、生物傳感、環境監測等光纖傳感領域，具體涉及一種基于光纖多模干涉(MMI)原理的全光纖高精度傳感器及其應用。
【背景技術】
[0002]全光纖傳感器是光纖傳感技術工程化研究的一個重要的領域。其相較于傳統傳感器具有高安全性、抗電磁干擾、耐腐蝕、結構簡單、體積小、靈敏度高等固有優勢。同時這種基于全光纖結構的傳感器由不同種類的光纖熔接而成，相較于現行得到廣泛應用的光纖布拉格光柵(FBG)、長周期光纖光柵(LPG)等具有成本低、制作工藝簡單、靈敏度高等特點。近些年來，隨著光纖傳感技術的發展，以及國內外對全光纖結構傳感器研究的深入，基于這種原理的光纖傳感器將在醫療衛生、生物傳感、環境監測等領域逐步得到生產和應用。

【發明內容】

[0003]本發明所要解決的技術問題是提供一種基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器，克服傳統傳感器的不足，以及光纖布拉格光柵(FBG)和長周期光柵(LPG)成本高、制作工藝復雜等缺陷。
[0004]為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器。由第一單模光纖、多模光纖、無芯光纖、第二單模光纖四部分構成，所述第一單模光纖、多模光纖、無芯光纖、第二單模光纖順序組合熔接；所述第一單模光纖與第二單模光纖規格相同；所述單模光纖芯層直徑小于所述多模光纖的芯層直徑；所述的第一單模光纖和第二單模光纖分別作為光源的入射端和透射端，多模光纖作為模式耦合器，提高無芯光纖中高階模式的激發效率，無芯光纖為測量區。
[0005]優選的，所述各光纖具有相同的包層直徑。所述多模光纖的長度取20-150cm。所述無芯光纖的長度為η* (1.45?1.47) cm,其中η為[I?10]的整數。
[0006]更優的，所述無芯光纖的長度為4* (1.45?1.47) cm。所述各光纖的熔接選擇自動熔接模式。
[0007]本發明還提出了一種基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器作為全光纖液位計的應用。
[0008]本發明的優點是設計了一種低成本、高精度、體積小且結構緊湊的全光纖傳感器。使用一段多模光纖作為模式耦合器的，進一步優化了該發明的測量精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明的技術方案作進一步具體說明。
[0010]圖1為本發明的全光纖傳感器結構示意圖。
[0011]其中，I一第一單模光纖，2—多模光纖，3—無芯光纖，4一第二單模光纖；圖中白色部分為光纖的包層，灰色部分為光纖的芯層。【具體實施方式】
[0012]如圖1所示，本發明的全光纖傳感器按照第一單模光纖、多模光纖、無芯光纖、第二單模光纖的順序組合熔接。所述第一單模光纖與第二單模光纖規格相同，為普通單模光纖；所述多模光纖為普通多模光纖。單模光纖芯層直徑小于多模光纖的芯層直徑；無芯光纖無芯層結構；所述光纖具有相同的包層直徑，熔接時選擇自動熔接模式即可。多模光纖的長度取20-150cm。無芯光纖的長度為η* (1.45 — 1.47) cm，其中η為[I一 10]的整數。無芯光纖的長度為4* (1.45~1.47) cm最優。
[0013]選擇寬譜光源(C+L波段)作為入射光源。當光從左端第一單模光纖進入到多模光纖中時，由于兩種光纖芯層直徑的不同產生模場失配效應，使得第一單模光纖中的基模在多模光纖中激發出高階模式；多模光纖長度足夠長，傳輸模場達到穩定后，在多模光纖和無芯光纖熔接處再次出現模場失配，無芯光纖中高階模式再次得到激發，兩次模式的激發大大提高了能量從基模向高階模式的耦合效率。在無芯光纖和第二單模光纖的熔接處，無芯光纖中部分高階模式將重新耦合到第二單模光纖的芯層中，并發生多模干涉；這是由于不同階數高階模式具有不同的縱向傳輸常數，存在著光程差而引起的。
[0014]下面以全光纖液位計為例進行進一步說明。進行液位測量時，外界液體或空氣充當其包層，進而改變無芯光纖中不同模式的有效折射率。當外界液位發生變化時，測量區，即無芯光纖部分各高階模平均有效折射率發生變化，且不同階數模式有效折射率變化不相同，也就使得模式之間有效折射率差發生變化，引起光程差的改變，進而使得干涉譜發生漂移。
[0015]全光纖液位計的解析方法是利用光纖的多模干涉原理來實現對無芯光纖外界液位高度的測量。上述結構傳感機理由以下公式給出。
[0016]
【權利要求】
1.一種基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器，其特征在于，由第一單模光纖、多模光纖、無芯光纖、第二單模光纖四部分構成，所述第一單模光纖、多模光纖、無芯光纖、第二單模光纖順序組合熔接；所述第一單模光纖與第二單模光纖規格相同；所述單模光纖芯層直徑小于所述多模光纖的芯層直徑；所述的第一單模光纖和第二單模光纖分別作為光源的入射端和透射端，多模光纖作為模式耦合器，提高無芯光纖中高階模式的激發效率，無芯光纖為測量區。
2.根據權利要求1所述的基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器，其特征在于，所述各光纖具有相同的包層直徑。
3.根據權利要求2所述基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器，其特征在于，所述多模光纖的長度取20-150cm。
4.根據權利要求3所述基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器，其特征在于，所述無芯光纖的長度為η* (1.45?1.47) cm,其中η為[I?10]的整數。
5.根據權利要求4所述基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器，其特征在于，所述無芯光纖的長度為4* (1.45?1.47) cm。
6.根據權利要求1至5之一所述基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器，其特征在于，所述各光纖的熔接選擇自動熔接模式。
7.一種根據權利6所述基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器的應用，其特征在于，所述基于光纖多模干涉的全光纖高精度傳感器作為全光纖液位計。
【文檔編號】G01D5/26GK103940455SQ201410143588
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月10日 優先權日:2014年4月10日
【發明者】夏歷, 羅亦楊, 冉艷麗, 劉德明 申請人:華中科技大學