专利名称：双F-P腔与Michelson组合干涉仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种组合式光纤干涉仪，属于光纤技术领域。
背景技术：
光纤Michelson干涉仪在光纤通信、光纤传感等领域具有非常广泛的应用。普通 的光纤Michelson干涉仪是利用一个3dB光纤耦合器将半导体激光器发出的光分成强度相 等的两束，分别进入到两个独立的光纤干涉臂中传输，在两个独立的光纤臂两端直接镀上 反射膜以实现传统分立元件Michelson干涉仪中两反射镜的功能，光在两臂传输一段距离 后，由端面反射回来的光再经耦合器汇合，形成干涉，由探测器进行检测。专利US4767210 和US 5206924提出了 Michelson干涉仪的各种改善及复用结构。由于光纤两个反射臂中 的光传导特性可以受到温度、压力等外在条件的影响，所以，光纤Michelson干涉仪可以实 现光纤应变、温度等物理量的测量。该干涉仪是利用两个相互独立的光传输通道，用于实现 光程调谐与匹配。由于它不存在共光路结构，极易受到环境因素(诸如温度和振动)的影 响，导致两光路的光程产生不一致的变化，使传感器信号的解调产生影响，降低了干涉仪的 信号解调灵敏度，使测量的精度下降，即Michelson干涉仪的测量灵敏度不够。在所有干涉仪中，F-P干涉仪由于经由多次反射反复叠加后可以形成精细度 很高的反射谱或透射谱，因此能够获得相当高的探测灵敏度。对于光纤F-P干涉仪(US 5682237)，它是在光纤内制造出两个反射端面，从而形成一个微腔。当相干光束沿光纤入射 到此微腔时，光在微腔的两端面反射后沿原路返回、并相遇而产生干涉。当外界参量以一定 方式作用于此微腔，使其相位差发生变化，导致其干涉输出反射光强也发生相应变化，进而 实现传感测量。由于腔内的介质是光纤本身，因此损耗小，腔长可以做的很大，从几厘米到 几米，在光纤中，也可以通过在纤芯中同时写入两个反射谱相同的光纤光栅，从而构成光纤 F-P干涉仪。国内饶云江等人提出过多种结构光纤F-P干涉仪及其制作方法(CN101055196， CNlO 1034007)，也涉及到其波分频分复用系统(CN1694387)。上述两种干涉仪通常集成度不够高，王廷云等(中国专利CN 101458363A)提出一 种基于同轴光纤的Michelson干涉仪、饶云江等(中国专利CN 101614601A)也利用外径不 同，纤芯直径相同的两根单模光纤组成光纤内集成式微型Michelson干涉仪；苑立波等(中 国专利CN 1908577A)则提出了一种单根光纤Michelson干涉仪，上述干涉仪集成度大大提 高，但测量灵敏度并没有得到改善，偏振态的随机变化导致干涉信号的不稳定问题也没有 解决。

发明内容
本发明的目的在于提供一种制造工艺简单、单根光纤集成、灵敏度高、保偏特性 好、温度稳定性高的双F-P腔与Michelson组合干涉仪。本发明的目的是这样实现的由两个光纤F-P干涉仪和一个光纤Michelson干涉仪组合而成；所述Michelson干涉仪由单芯保偏光纤和双芯保偏光纤耦合而成；所述双芯保偏光纤是中心为空气孔，两 个对称且部分悬挂于空气孔中、部分嵌入包层中的纤芯构成的熔嵌式双芯保偏光纤；熔嵌 式双芯保偏光纤的两个纤芯上刻写Bragg光纤光栅对构成F-P腔；F-P干涉仪的入射端光 纤光栅构成Michelson干涉仪反射端。本发明还可以包括 1、所述的熔嵌式双芯保偏光纤的两个纤芯呈椭圆形，两个纤芯具有相同的偏振主 轴方向。2、所述的两个光纤F-P干涉仪是由四个具有相同反射中心波长的两组Bragg光纤 光栅对构成。3、所述的两个光纤F-P干涉仪是由两个中心波长和带宽相同的双啁啾光纤光栅 串联构成。4、两个光纤F-P干涉仪的腔长相同。5、两个光纤F-P干涉仪的腔长不相同。6、Michelson干涉仪两臂长度不等，熔嵌式双芯保偏光纤纤芯进行铒元素掺杂。7、两个光纤F-P干涉仪都是多个复用形式的F-P腔。结合图7和图2来描述本发明的干涉仪工作原理光源25发出的光经微型分光镜26进入单芯保偏光纤4后，利用单芯光纤4和双 芯光纤5熔合后形成的准锥形6实现传输光分束功能，一臂光经过光纤光栅对9和10构成 的F-P腔7后，反射的干涉光从光纤光栅9左侧返回，类似的另一臂光经过与光纤光栅对9、 10特性相同的光纤光栅对11和12构成的F-P腔8后，反射干涉光从光纤光栅11左侧返 回，两束返回的相干光分别经过Michelson干涉仪两臂13、14后，经过锥形区6再次干涉， 即Michelson干涉，干涉光经微型分光镜26后由检测器27接收。本发明的优势在于1.与传统的集成式Michelson干涉仪相比，因组合了 F-P腔 结构，其测量灵敏度大大提高；2.利用保偏光纤构成组合式干涉仪，可以解决传统干涉仪 因偏振态随机变化引起的稳定性问题；3.本发明制作组合式干涉仪方法简单易行，使用方 便，有利于传感器小型化，集成化；4. Michelson干涉仪两臂处于同一根光纤中，干涉仪的 温度稳定性高。


图1为本发明基于熔嵌芯式双芯保偏光纤截面图；图2为本发明等臂双F-P腔和等臂Michelson干涉仪构成的组合式干涉仪；图3为本发明啁啾Bragg光纤光栅构成的双F-P腔和Michelson干涉仪构成的组 合式干涉仪；图4为本发明不等臂双F-P腔和等臂Michelson干涉仪构成的组合式干涉仪；图5为本发明等臂双F-P腔和不等臂Michelson干涉仪构成的组合式干涉仪；图6为本发明复用式双F-P腔和等臂Michelson干涉仪构成的组合式干涉仪；图7为本发明双F-P腔和Michelson干涉仪构成的组合式干涉仪原理说明图。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明做更详细地描述图1为本发明熔嵌芯式双芯保偏光纤截面图；两个纤芯1具有相同的偏振主轴方向，光纤中心为空气孔3，两个纤芯1对称的嵌在包层2内壁，每个纤芯1部分在包层中部分 裸露在空气孔3中。参见图2，为本发明的实施例1的结构示意图，利用单芯光纤4和双芯光纤5熔合 后形成的准锥形6实现传输光分束功能，一臂光经过光纤光栅对9和10构成的F-P腔7后， 反射干涉光从光纤光栅9左侧返回，类似的另一臂光经过与光纤光栅对9、10特性相同的 光纤光栅对11和12构成的F-P腔8后，反射干涉光从光纤光栅11左侧返回，两束返回的 相干光分别经过Michelson干涉仪相等的两臂13、14后，经过锥形区6再次干涉。其中两 个F-P腔7、8具有相同的腔长，即等臂双F-P腔和等臂Michelson干涉仪构成的组合式干 涉仪。单芯光纤4和双芯光纤5利用保偏光纤熔接机直接对接熔合完成耦合，或是对熔接 后的光纤利用拉锥机在两光纤焊点处进行加热拉锥，在焊点处形成准锥形结构6来完成耦 合。光纤光栅的反射率在-99%之间，所述的F-P腔中每对光纤光栅的反射率相同，不 同的F-P腔可以有不同的反射率。光纤材料可以是石英也可以是塑料。参见图3，为本发明的实施例2的结构示意图，在本实施例中，组合干涉仪的结构 与实施例1相同，只是利用两个中心波长和带宽相同的双啁啾光纤光栅15、16和17、18代 替光纤光栅对11、12和13、14，解决均勻Bragg光栅带宽太窄，在其带宽内只能观察到很少 数量的条纹，该组合干涉仪带宽较宽，易于实现波分复用。参见图4，为本发明的实施例3的结构示意图，在本实施例中，组合干涉仪的结构 与实施例1相同，只是两个F-P腔7、8具有不同的腔长。参见图5，为本发明的实施例4的结构示意图，在本实施例中，组合干涉仪的结构 与实施例1相同，两个F-P腔7、8仍具有相同的腔长，不同的是Michelson干涉仪两臂13、 14长度不等，双芯保偏光纤纤芯进行了铒元素掺杂，则F-P腔构成激光器，可以实现信号的 加强与放大。参见图6，为本发明的实施例5的结构示意图，在本实施例中，利用了多个复用形 式的双F-P腔，光纤光栅9-12构成F-P腔7、8，光纤光栅21-24构成F-P腔19、20，要求光 纤光栅组9-12和光纤光栅组21-24具有不同的反射中心波长，即可实现级联频分复用，此 时所需光源应为宽带光源。
权利要求
一种双F-P腔与Michelson组合干涉仪，由两个光纤F-P干涉仪和一个光纤Michelson干涉仪组合而成；其特征是所述Michelson干涉仪由单芯保偏光纤和双芯保偏光纤耦合而成；所述双芯保偏光纤是中心为空气孔，两个对称且部分悬挂于空气孔中、部分嵌入包层中的纤芯构成的熔嵌式双芯保偏光纤；熔嵌式双芯保偏光纤的两个纤芯上刻写Bragg光纤光栅对构成F-P腔；F-P干涉仪的入射端光纤光栅构成Michelson干涉仪反射端。
2.根据权利要求1所述的双F-P腔与Michelson组合干涉仪，其特征是所述的熔嵌 式双芯保偏光纤的两个纤芯呈椭圆形，两个纤芯具有相同的偏振主轴方向。
3.根据权利要求2所述的双F-P腔与Michelson组合干涉仪，其特征是所述的两个 光纤F-P干涉仪是由四个具有相同反射中心波长的两组Bragg光纤光栅对构成。
4.根据权利要求2所述的双F-P腔与Michelson组合干涉仪，其特征是所述的两个 光纤F-P干涉仪是由两个中心波长和带宽相同的双啁啾光纤光栅串联构成。
5.根据权利要求1-4任何一项所述的双F-P腔与Michelson组合干涉仪，其特征是 两个光纤F-P干涉仪的腔长相同。
6.根据权利要求1-4任何一项所述的双F-P腔与Michelson组合干涉仪，其特征是 两个光纤F-P干涉仪的腔长不相同。
7.根据权利要求5所述的双F-P腔与Michelson组合干涉仪，其特征是=Michels0n干 涉仪两臂长度不等，熔嵌式双芯保偏光纤纤芯进行铒元素掺杂。
8.根据权利要求6所述的双F-P腔与Michelson组合干涉仪，其特征是=Michels0n干 涉仪两臂长度不等，熔嵌式双芯保偏光纤纤芯进行铒元素掺杂。
9.根据权利要求1-4任何一项所述的双F-P腔与Michelson组合干涉仪，其特征是 两个光纤F-P干涉仪都是多个复用形式的F-P腔。
全文摘要
本发明提供的是一种双F-P腔与Michelson组合干涉仪。由两个光纤F-P干涉仪和一个光纤Michelson干涉仪组合而成；Michelson干涉仪由单芯保偏光纤和双芯保偏光纤耦合而成；双芯保偏光纤是中心为空气孔，两个对称且部分悬挂于空气孔中、部分嵌入包层中的纤芯构成的熔嵌式双芯保偏光纤；熔嵌式双芯保偏光纤的两个纤芯上刻写Bragg光纤光栅对构成F-P腔；F-P干涉仪的入射端光纤光栅构成Michelson干涉仪反射端。本发明在两个干涉臂构造两个F-P干涉仪，在同一根保偏光纤中形成了双F-P干涉仪和Michelson干涉仪的组合式干涉仪。具有制造工艺简单、单根光纤集成、灵敏度高、保偏特性好、温度稳定性高等优点。
文档编号G01B9/02GK101846491SQ20101018686
公开日2010年9月29日 申请日期2010年5月31日 优先权日2010年5月31日
发明者关春颖, 杨军, 苑立波 申请人:哈尔滨工程大学