[发明专利]一种基于保偏光纤的干涉型折射率传感器

说明书

技术领域

本发明提供了一种基于保偏光纤的干涉型折射率传感器，属于光纤传感技术领域。

背景技术

保偏光纤可以维持在没有偏振变化的传播过程中的光波的线性偏振状态。当光波由单模光纤以纤芯制导模式进入保偏光纤时，如果单模光纤的纤芯直径大于保偏光纤的纤芯直径，则在保偏光纤的纤芯和包层中出现偏振方向相同的光波，有效的起到分光的作用，另外保偏光纤的纤芯区域的两侧有两个涂有应力材料的部件，它们有高双折射和高温度灵敏性。

在传统的单模光纤中插入双折射保偏光纤作为传感光纤。施加在传感光纤上外界指标改变了保偏光纤中传播的两路光波的光程差，通过监测干涉光谱的漂移量可以实现外界指标的测量。具有结构简单，灵敏度高等特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于保偏光纤的干涉型折射率传感器。该装置能够将待测的外界指标变化量转化为干涉图样波峰的偏移量。具有结构简单、易于操作、灵敏度高等特点。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于保偏光纤的干涉型折射率传感器，其特征在于：由宽带光源(1)、阵列偏光器(2)、偏振调节器(3)、保偏光纤(4)、光谱分析仪(5)、连接光纤(6)、入射光纤(7)和出射光纤(8)组成；宽带光源(1)和阵列偏光器(2)通过连接光纤(6)相连，阵列偏光器(2)和保偏光纤(4)分别通过连接光纤(6)和入射光纤(7)与偏振调节器(3)相连，其中入射光纤(7)纤芯的中心与保偏光纤(4)纤芯的中心对齐相连，保偏光纤(4)再通过出射光纤(8)连接光谱分析仪(5)，而其中保偏光纤(2)纤芯的中心与出射光纤(8)纤芯的中心以错位方式相连；保偏光纤(4)作为测量折射率的传感探头。

所述的一种基于保偏光纤的干涉型折射率传感器，其特征在于：连接光纤、入射光纤和出射光纤都可以是一般的单模光纤，单模光纤纤芯直径为9～15um，包层直径为100～150um。

所述的一种基于保偏光纤的干涉型折射率传感器，其特征在于：保偏光纤纤芯直径为5～8um，包层直径为50～100um，双折射率为2.4×10^-4，保偏光纤的长度约为1cm。

所述的一种基于保偏光纤的干涉型折射率传感器，其特征在于：保偏光纤(4)纤芯的中心与出射光纤(8)纤芯的中心以错位方式熔接。

所述的一种基于保偏光纤的干涉型折射率传感器，其特征在于：保偏光纤(4)纤芯的中心与出射光纤(8)纤芯的中心以错位方式熔接时，出射光纤(8)纤芯与保偏光纤(4)纤芯的错位尺寸范围为0-18微米，错位方向为保偏光纤的快轴方向或者慢轴方向。

本发明的工作原理是：宽带光源(1)发出光波，分别通过阵列偏光器(2)和偏振调节器(3)得到沿特定方向偏振的线偏振光，由于入射光纤(7)的纤芯直径比保偏光纤(4)的纤芯直径大，当入射光纤(7)和保偏光纤(4)以纤芯的中心对齐方式连接时，线偏振光在保偏光纤(4)中形成两路偏振相互垂直的线偏振光，并且在特定长度的保偏光纤中传播后，纤芯和包层模式存在相对应的相位差，当出射光纤(8)和保偏光纤(4)以错位方式连接时，保偏光纤(4)中的两路线偏振光调制进入出射光纤(8)的同时发生干涉，同时出射光纤(8)和保偏光纤(4)的纤芯中心侧向位移量可控制两线偏振光的强度从而可以调节干涉图样的可见度，在光谱分析仪(5)中可观察干涉图样，通过干涉图样的变化可得知保偏光纤(4)外围液体折射率的变化。当保偏光纤(4)周围的液体折射率发生改变时，影响保偏光纤(4)内部应力和双折射率的大小，从而改变保偏光纤(4)中两路光的相位差，在光谱分析仪(5)中显示的干涉图样表现在相位的变化，因此通过相位的变化测量周围环境的指标变化，另外，由于保偏光纤(4)对环境温度和折射率变化有较强的双折射灵敏度，分别经过阵列偏光器(2)和偏振调节器(3)调制后得到的正交偏振模式的光波，通过保偏光纤(4)的调制后，产生不同的相位变化，在光谱分析仪(5)中显示的两个正交偏振模式的干涉图样有不同的温度和环境指标的灵敏度，实现温度和环境指标的同时测量。

本发明的有益效果是：该装置能够将待测液体的折射率的变化转化为干涉图样的的相位变化，通过测量相位在参考状态下和有外界环境影响的状态下的变化，推算出相应的折射率和温度，更能达到外界温度和折射率变化的同时测量；同时该折射率有结构简单和灵敏度高等优点。

附图说明

图1是本发明的基于保偏光纤的紧凑型直列干涉结构的传感器示意图；

图2是本发明的保偏光纤与出射光纤错位熔接示意图；