一种基于马赫曾德尔干涉的全光纤传感器的制作方法

专利名称：一种基于马赫曾德尔干涉的全光纤传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及地震波监测，医疗卫生，环境监测等传感领域，具体涉及一种基于马赫曾德尔干涉仪(MZI)原理的全光纤传感器。
背景技术：
光纤传感器，与传统的机械、电子类传感器相比较，具备其独特的优势结构简单、抗腐蚀、抗电磁干扰、灵敏度高、便于集成和远程操控等，在地震探测，医疗卫生以及环境监测等方面存在广泛的潜在应用。基于马赫曾德尔干涉仪(MZI)原理的传感器是光纤传感器中重要的一类，相比于传统的基于光纤光栅(FBG)的传感器类，其制作工艺条件更简单，峰值标定更灵活，灵敏度更高，用途更广泛，已经成为光纤传感领域研究的热点。目前基于该原理的传感研究主要集中于特种光纤和特殊结构传感器的研究，价格相对比较昂贵，结构复杂，难以实现大规模生产应用。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于马赫曾德尔干涉的全光纤传感器，克服传统的基于特种光纤如各种结构的光子晶体光纤，或特殊结构光纤传感器价格比较昂贵，结构比较复杂，制作起来比较困难，以及难以实现大规模的生产应用的缺陷。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于马赫曾德尔干涉的全光纤传感器，其特征在于，所述全光纤传感器包括第一单模光纤、多模光纤、细微结构光纤和第二单模光纤，所述第一单 模光纤-多模光纤-细微结构光纤-第二单模光纤顺序组合熔接；所述第一单模光纤的芯层小于多模光纤的芯层，所述第一单模光纤的芯层和部分包层，与多模光纤的芯层熔接；所述多模光纤的芯层与细微结构光纤的芯层和部分包层熔接；所述细微结构光纤的芯层小于第二单模光纤的芯层，所述第二单模光纤的芯层与细微结构光纤的芯层和部分包层熔接；所述第一单模光纤、第二单模光纤分别作为光源的入射光纤和透射光纤。多模光纤作为模式耦合器激发细微结构光纤包层模式，其长度大于零；细微结构光纤为有效传感单元，其芯层和包层直径均比普通单模光纤小。上述全光纤传感器是利用透射谱的传感来测试对象。同样技术构思的，本发明还提出了一种基于马赫曾德尔干涉的全光纤传感器，其特征在于，所述全光纤传感器包括第一单模光纤、多模光纤、细微结构光纤和第二单模光纤，所述第一单模光纤-多模光纤-细微结构光纤-第二单模光纤顺序组合熔接；所述第一单模光纤的芯层小于多模光纤的芯层，所述第一单模光纤的芯层和部分包层，与多模光纤的芯层熔接；所述多模光纤的芯层与细微结构光纤的芯层和部分包层熔接；所述细微结构光纤的芯层小于第二单模光纤的芯层，所述第二单模光纤的芯层与细微结构光纤的芯层和部分包层熔接，所述第二单模光纤的右端面进行了刨平处理；所述第二单模光纤的右端面被刨平或镀膜处理作为反射镜；所述第一单模光纤作为光源的入射光纤和反射光纤。这种基于反射谱来进行传感测试的全光纤传感器可以制作成小型传感头。
进一步优化的，所述第一单模光纤-多模光纤-细微结构光纤-第二单模光纤顺序结构中去掉了所述第二单模光纤，所述细微结构光纤的右端面被刨平或镀膜处理作为反射镜。这种基于反射谱来进行传感测试的全光纤传感器可以制作成更小型传感头。上述第一单模光纤与第二单模光纤种类相同，都是普通单模光纤。多模光纤是普通多模光纤。所述熔接通过普通的光纤熔接机熔接实现。本发明的解析方法是利用马赫曾德尔干涉仪(MZI)原理来实现对外界环境传感。以下的公式就说明了该结构基于MZI原理是如何实现传感的。
权利要求
1.一种基于马赫曾德尔干涉的全光纤传感器，其特征在于，所述全光纤传感器包括第一单模光纤、多模光纤、细微结构光纤和第二单模光纤，所述第一单模光纤-多模光纤-细微结构光纤-第二单模光纤顺序组合熔接；所述第一单模光纤的芯层小于多模光纤的芯层，所述第一单模光纤的芯层和部分包层，与多模光纤的芯层熔接；所述多模光纤的芯层与细微结构光纤的芯层和部分包层熔接；所述细微结构光纤的芯层小于第二单模光纤的芯层，所述第二单模光纤的芯层与细微结构光纤的芯层和部分包层熔接；所述第一单模光纤、第二单模光纤分别作为光源的入射光纤和透射光纤。
2.一种基于马赫曾德尔干涉的全光纤传感器，其特征在于，所述全光纤传感器包括第一单模光纤、多模光纤、细微结构光纤和第二单模光纤，所述第一单模光纤-多模光纤-细微结构光纤-第二单模光纤顺序组合熔接；所述第一单模光纤的芯层小于多模光纤的芯层，所述第一单模光纤的芯层和部分包层，与多模光纤的芯层熔接；所述多模光纤的芯层与细微结构光纤的芯层和部分包层熔接；所述细微结构光纤的芯层小于第二单模光纤的芯层，所述第二单模光纤的芯层与细微结构光纤的芯层和部分包层熔接，所述第二单模光纤的右端面被刨平或镀膜处理作为反射镜；所述第一单模光纤作为光源的入射光纤和反射光纤。
3.根据权利要求2所述的基于马赫曾德尔干涉的全光纤传感器，其特征在于，所述第一单模光纤-多模光纤-细微结构光纤-第二单模光纤顺序结构中去掉了所述第二单模光纤，所述细微结构光纤的右端面被刨平或镀膜处理作为反射镜。
4.根据权利要求1至3之一所述的基于马赫曾德尔干涉的全光纤传感器，其特征在于，所述第一单模光纤与第二单模光纤种类相同，都是普通单模光纤，多模光纤是普通多模光纤。
5.根据权利要求4所述的基于马赫曾德尔干涉的全光纤传感器，其特征在于，所述熔接通过普通的光纤熔接机熔接实现。
全文摘要
本发明公开了一种基于马赫曾德尔干涉的全光纤传感器，包括第一单模光纤、多模光纤、细微结构光纤和第二单模光纤，所述第一单模光纤-多模光纤-细微结构光纤-第二单模光纤顺序组合熔接；所述第一单模光纤的芯层小于多模光纤的芯层，所述多模光纤的芯层与细微结构光纤的芯层和部分包层熔接；所述细微结构光纤的芯层小于第二单模光纤的芯层。本发明首次设计了一种结构非常简单，价格便宜，只利用简单的熔接方法即可实现的全光纤传感器。其传感应用领域也非常广泛，可实现对外界温度，折射率，液面，以及轴向应力的等参量的测量。有助于推动全光纤传感器实现大规模的生产应用。
文档编号G02B6/255GK103063238SQ20121057664
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者夏历, 李乐成, 彭颖, 解振海, 刘德明 申请人:华中科技大学