專利名稱：保偏式纖維集成Michelson干涉儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種光纖通信領(lǐng)域或傳感器領(lǐng)域的光纖干涉儀。
背景技術(shù)：
光纖Michelson干涉儀是光電子技術(shù)常用的光纖干涉儀，其結(jié)構(gòu)靈活，抗電磁干擾，適應(yīng)性強，它的應(yīng)用可以延伸到許多傳統(tǒng)干涉儀的禁區(qū)，例如用于惡劣環(huán)境的高靈敏 度傳感、水聲探測和地下核爆核查測試。它是許多高靈敏度光纖傳感器的重要物理基礎(chǔ)。 由于光纖兩個反射臂中的光傳導(dǎo)特性可以受到溫度、壓力等外在條件的影響，所以，光纖 Michelson干涉儀可以實現(xiàn)光纖應(yīng)變、溫度等物理量的測量。傳統(tǒng)的光纖Michelson干涉儀 是由各自獨立而分離的兩個光纖干涉臂構(gòu)成。如世界知識產(chǎn)權(quán)組織專利WO. 2006071971A2 和中國發(fā)明專利申請(公開號CN 1444019A)中提及的光纖Michelson干涉儀，由光源發(fā) 出的光經(jīng)過3dB光纖耦合器后被分成兩束，分別耦合到兩個獨立的光纖臂中，再經(jīng)過兩臂 光纖端反射鏡反射后，沿原路返回在光纖耦合器中實現(xiàn)干涉，干涉信號經(jīng)過光電檢測器后 被放大，進而實現(xiàn)干涉信號的檢測。在對干涉儀有較高的機械穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性要求的情況下，由上述分立式光 學(xué)結(jié)構(gòu)組成的光纖干涉儀很難滿足要求。中國發(fā)明專利申請(公開號CN 1908577A和 CN101105555A)則將多個干涉臂集成到一根光纖中，提高了器件的機械穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定 性。但沒有考慮光纖中的偏振態(tài)，系統(tǒng)中存在較大的偏振起伏和噪聲，難以滿足對干涉儀低 噪聲、高靈敏度的需求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種保偏性能好，溫度穩(wěn)定性高的保偏式纖維集成 Michelson 干涉儀。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的保偏式纖維集成Michelson干涉儀的組成包括光源、分光器件、光探測器、單芯保 偏光纖、雙芯保偏光纖和反射端，單芯保偏光纖和雙芯保偏光纖通過錐形耦合區(qū)連接，帶有 反射端的兩個干涉臂都集成在一根雙芯保偏光纖中，光源發(fā)出的光束經(jīng)分光器件后注入到 單芯保偏光纖中，光束經(jīng)過錐形耦合區(qū)后被分成兩束，兩束光束分別被耦合到雙芯保偏光 纖的兩個各自獨立的纖芯中，兩束光束經(jīng)反射端反射回來，再次經(jīng)過耦合區(qū)發(fā)生干涉后， 返回到單芯保偏光纖構(gòu)成的共光路部分成為包含有干涉信號的光束，包含有干涉信號的光 束分光器件后被反射至光探測器進行接收。本發(fā)明保偏式纖維集成Michelson干涉儀還可以包括1、所述的雙芯保偏光纖是纖芯為類矩形纖芯的實心光纖；或是在包層中帶有空氣 孔的邊孔雙芯保偏光纖；或是光纖中心為空氣孔，兩個纖芯懸掛于包層內(nèi)壁的熔嵌式雙芯 保偏光纖；或是具有兩個保偏纖芯的光子晶體光纖。2、所述的分光器件由光隔離器和微型分光鏡串聯(lián)組成。
3、所述的分光器件是偏振光環(huán)形器。4、所述的分光器件是偏振耦合器，光源和光探測器分別通過光源尾纖和光探測器 尾纖與偏振耦合器連接。5、所述的反射端是反射鏡。6、所述的反射端是由具有相同反射 光譜的光纖光柵I和光纖光柵II構(gòu)成。7、所述的偏振耦合器是2XN偏振耦合器，2XN偏振耦合器與N根雙芯保偏光纖耦 合，N根雙芯保偏光纖的反射端由具有不同反射光譜的光纖光柵對構(gòu)成或在同一雙芯保偏 光纖寫入多組不同反射光譜的光纖光柵對構(gòu)成。本發(fā)明的優(yōu)勢在于1.干涉儀由多芯保偏光纖組成，具有偏振保持能力，偏振態(tài) 穩(wěn)定，靈敏度和信噪比高，抗干擾能力強；2.將多個纖芯集成于一根光纖中器件具有極大 的穩(wěn)定性，避免了各個可動部件之間由于裝配、固定和調(diào)整帶來的變化和不一致；3.兩個 干涉臂處于同一根光纖中，干涉儀的溫度穩(wěn)定性好；4.偏振保持光纖Michelson干涉儀，光 路中分光、合光光路部分利用熔融拉錐法進行制作，方法簡單易于操作，重復(fù)性好。
圖1是本發(fā)明的第一種實施示意圖；圖2是本發(fā)明的第二種實施示意圖；圖3是本發(fā)明的第三種實施示意圖；圖4是本發(fā)明的第四種實施示意圖；圖5-a和圖5-b是本發(fā)明的第五種實施示意圖；圖6-a至圖6-d分別是本發(fā)明所用的雙芯保偏光纖的剖面結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述具體實施方式
一結(jié)合圖1，本發(fā)明的第一種具體實施方式
的保偏式纖維集成Michelson干涉儀的 組成包括激光光源1、光隔離器2、微型分光鏡3、光探測器4、單模單芯保偏光纖5、錐形耦 合區(qū)6、單模雙芯保偏光纖7和反射鏡8。雙芯保偏光纖結(jié)構(gòu)如圖6(b)所示，雙芯保偏光纖 由兩個圓形光纖芯22構(gòu)成，每個芯兩側(cè)的包層(21)中有空氣孔(23)。通過將單模雙芯保 偏光纖7和單芯偏振光纖5放置保偏光纖焊接機，調(diào)整各保偏光纖的偏振方向保持一致， 進行焊接，然后置于熔融拉錐機上，使偏振主軸方向與拉錐機火焰方向平行，通過熔融拉錐 后，在火焰附近會形成錐形耦合區(qū)6，然后對耦合區(qū)進行封裝；將雙芯保偏光纖的端面進行 鍍膜形成反射鏡，就可制作出圖1所示的保偏式纖維集成Michelson干涉儀。激光光源1發(fā) 出的光經(jīng)過克服返回光對光源干擾的光隔離器2后，再經(jīng)過微型分光鏡3后注入到單模單 芯保偏光纖5中，該光束經(jīng)過錐形耦合區(qū)6后被分成兩束，分別被耦合到雙芯偏振保持光纖 7的兩個各自獨立的纖芯中，兩束光經(jīng)反射鏡8反射回來，再次經(jīng)過耦合區(qū)6發(fā)生干涉后， 返回到單模單芯保偏光纖5構(gòu)成的共光路部分成為包含有干涉信號的光，該光束經(jīng)微型分 光鏡3后被反射至光探測器4，干涉信號經(jīng)過光電檢測器后被放大，進而實現(xiàn)干涉信號的檢 測。
具體實施方式
二
結(jié)合圖2，本發(fā)明的第二種實施方式是一種具有偏振光環(huán)行器的保偏式纖維集成 Michelson干涉儀。它是在第一種實施方式的基礎(chǔ)上利用偏振光環(huán)行器9替代光隔離器2 和微型分光鏡3。
具體實施方式
三
結(jié)合圖3，本發(fā)明的第三種具體實施方式
，與第一種具體實施方式
相比，是將反射 鏡8用一對反射光譜相同的光纖光柵I 10和光纖光柵II 11代替，同樣可以實現(xiàn)兩個相干 光學(xué)臂集成于單根光纖的保偏式纖維集成Michelson干涉儀，光纖光柵則是利用相位掩模 板技術(shù)進行寫入，此結(jié)構(gòu)由于光纖光柵具有波長選擇性，可以用寬帶光作為光源。
具體實施方式
四結(jié)合圖4，本發(fā)明的第四種具體實施方式
，與第一種具體實施方式
相比，光源和光 探測器采用分立的光源1與光探測器4，通過光源尾纖12和光探測器的尾纖13與耦合器14 的連接。光源尾纖12和光探測器尾纖13均是偏振保持光纖，耦合器14是偏振耦合器。
具體實施方式
五結(jié)合圖5，本發(fā)明的第五種具體實施方式
，為復(fù)用式保偏式纖維集成Michelson干 涉儀。圖6-a是利用2X2偏振耦合器15，2根雙芯偏振保持光纖7的反射端由兩組具有不 同反射光譜的光纖光柵對I 16、光纖光柵對II 17構(gòu)成，則可實現(xiàn)將多個干涉儀集成在一 起(如圖5-a)。也可以在同一雙芯偏振保持光纖7寫入兩組不同反射光譜的光纖光柵對 118、光纖光柵對1119來完成復(fù)用(如圖5-b)，構(gòu)成分布式干涉儀結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
一種保偏式纖維集成Michelson干涉儀，包括光源、分光器件、光探測器、單芯保偏光纖、雙芯保偏光纖和反射端，其特征是單芯保偏光纖和雙芯保偏光纖通過錐形耦合區(qū)連接，帶有反射端的兩個干涉臂都集成在一根雙芯保偏光纖中，光源發(fā)出的光束經(jīng)分光器件后注入到單芯保偏光纖中，光束經(jīng)過錐形耦合區(qū)后被分成兩束，兩束光束分別被耦合到雙芯保偏光纖的兩個各自獨立的纖芯中，兩束光束經(jīng)反射端反射回來，再次經(jīng)過耦合區(qū)發(fā)生干涉后，返回到單芯保偏光纖構(gòu)成的共光路部分成為包含有干涉信號的光束，包含有干涉信號的光束分光器件后被反射至光探測器進行接收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保偏式纖維集成Michelson干涉儀，其特征是所述的分光 器件由光隔離器和微型分光鏡串聯(lián)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保偏式纖維集成Michelson干涉儀，其特征是所述的分光 器件是偏振光環(huán)形器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保偏式纖維集成Michelson干涉儀，其特征是所述的分光 器件是偏振耦合器，光源和光探測器分別通過光源尾纖和光探測器尾纖與偏振耦合器連 接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的保偏式纖維集成Michelson干涉儀，其特征是所述的偏振 耦合器是2 X N偏振耦合器，2 X N偏振耦合器與N根雙芯保偏光纖耦合，N根雙芯保偏光纖 的反射端由具有不同反射光譜的光纖光柵對構(gòu)成或在同一雙芯保偏光纖寫入多組不同反 射光譜的光纖光柵對構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任何一項所述的保偏式纖維集成Michelson干涉儀，其特征是 所述的反射端是反射鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任何一項所述的保偏式纖維集成Michelson干涉儀，其特征是 所述的反射端是由具有相同反射光譜的光纖光柵I和光纖光柵II構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5任何一項所述的保偏式纖維集成Michelson干涉儀，其特征是 所述的雙芯保偏光纖是纖芯為類矩形纖芯的實心光纖；或是在包層中帶有空氣孔的邊孔雙 芯保偏光纖；或是光纖中心為空氣孔，兩個纖芯懸掛于包層內(nèi)壁的熔嵌式雙芯保偏光纖； 或是具有兩個保偏纖芯的光子晶體光纖。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的保偏式纖維集成Michelson干涉儀，其特征是所述的雙芯 保偏光纖是纖芯為類矩形纖芯的實心光纖；或是在包層中帶有空氣孔的邊孔雙芯保偏光 纖；或是光纖中心為空氣孔，兩個纖芯懸掛于包層內(nèi)壁的熔嵌式雙芯保偏光纖；或是具有 兩個保偏纖芯的光子晶體光纖。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的保偏式纖維集成Michelson干涉儀，其特征是所述的雙 芯保偏光纖是纖芯為類矩形纖芯的實心光纖；或是在包層中帶有空氣孔的邊孔雙芯保偏光 纖；或是光纖中心為空氣孔，兩個纖芯懸掛于包層內(nèi)壁的熔嵌式雙芯保偏光纖；或是具有 兩個保偏纖芯的光子晶體光纖。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種保偏式纖維集成Michelson干涉儀。包括光源、分光器件、光探測器、單芯保偏光纖、雙芯保偏光纖和反射端，單芯保偏光纖和雙芯保偏光纖通過錐形耦合區(qū)連接，帶有反射端的兩個干涉臂都集成在一根雙芯保偏光纖中，光源發(fā)出的光束經(jīng)分光器件后注入到單芯保偏光纖中，光束經(jīng)過錐形耦合區(qū)后被分成兩束，兩束光束分別被耦合到雙芯保偏光纖的兩個各自獨立的纖芯中，兩束光束經(jīng)反射端反射回來，再次經(jīng)過耦合區(qū)發(fā)生干涉后，返回到單芯保偏光纖構(gòu)成的共光路部分成為包含有干涉信號的光束，包含有干涉信號的光束分光器件后被反射至光探測器進行接收。本發(fā)明具有保偏性能好，溫度穩(wěn)定性高的特點。
文檔編號G02B6/28GK101957477SQ201010186689
公開日2011年1月26日 申請日期2010年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月31日
發(fā)明者關(guān)春穎, 張濤, 戴強, 田鳳軍, 苑立波 申請人:哈爾濱工程大學(xué)