[发明专利]一种基于酒精灌注的高灵敏度光子晶体光纤温度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于高双折射光子晶体光纤环镜的高灵敏度温度传感器，特别涉及一种基于酒精灌注的高灵敏度光子晶体光纤温度传感器，属于光纤传感技术领域。

背景技术

光纤环镜（FLM）广泛应用于光纤通信与传感系统中。在由同一光纤绕成的光纤圈中沿相反方向传输的两光波，在外界因素作用下产生不同的相移。其最典型的应用就是转动传感，即光纤陀螺。由于它没有活动器件，没有非线性效应和低转速时激光陀螺的闭锁区，因而非常有希望制成高性能低成本器件。通过干涉效应进行检测，就是萨格纳克干涉仪的基本原理。基于萨格纳克干涉仪的光纤传感器在长距离、小泄露管道检测定位上有其明显的优势，同时也可应用在光纤围栏报警系统中，具有简单高效、安装便捷、维护简单、成本较低等优点。

19世纪初，Young用干涉实验证实了光具有波动性，这就是著名的杨氏干涉实验。此后人们开始研究各种干涉测量技术，逐步形成了一种高灵敏度的测量方法。随着激光的出现，可以容易地得到高强度的相干光源，从而使这一测量技术得到了迅猛的发展和应用。而光纤的出现，使得干涉仪中的光可以在柔软可弯曲的低损耗光波导中传播，而不必在空间传播。并且使用全光纤的器件，可以使干涉仪做得非常紧凑，省去了烦琐的调节过程。把光全部封闭在光纤系统中，使干涉仪变得稳定可靠，也大大降低了外界干扰引入的噪声，使得干涉仪测量的灵敏度得到了大幅度提高。较著名的干涉仪有迈克尔逊（Michelson）干涉仪、马赫-则德尔（Mach-Zehnder）干涉仪、萨格纳克（Sagnac）干涉仪和法布里-珀罗（Febry-Perot）干涉仪等。

但是FLM结构干涉仪技术在温度测量中仍存在一些关键性问题，最主要的是干涉仪中的模式与偏振问题和干涉仪的稳定技术。因为光纤中存在双折射，光在光纤中传输时，会改变光的偏振态，并且偏振态的变化随环境温度等一些因素的变化。当干涉仪受到外界环境的影响，其干涉输出会出现随机波动，同时传统干涉结构的灵敏度在实际应用中也有些局限性，所以现有干涉仪对外界环境的抗干扰性较差，高灵敏度难以实现，从而大大降低了FLM结构干涉仪的实用性。

在综上所述的研究中，现有技术无法解决FLM结构干涉仪温度灵敏度低和抗外界干扰性差的问题，从而大大降低了干涉仪的实用性，限制了干涉仪在实际工程中的应用。

发明内容

本发明针对现有FLM干涉结构温度传感器灵敏度低、抗外界干扰性能差等问题，提供了一种温度灵敏度高、抗外界干扰、结构简单易操作的酒精灌注高双折射光子晶体光纤环镜干涉仪。

高双折射光子晶体光纤是一种新型光纤且具备优良的光学特性，在其包层中分布着沿径向周期性排列、沿光纤轴向伸展的空气孔，可以通过灵活改变空气孔的大小、形状、位置分布来设计出具有各种奇异性质的PCF（光子晶体光纤）。排列不对称的气孔可以产生高双折射效应。因为高双折射光子晶体光纤具有周期排列的空气孔，在其中灌注高热膨胀系数的酒精，当酒精受热膨胀而使高双折射光子晶体光纤的双折射系数灵活改变。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于酒精灌注的高灵敏度光子晶体光纤温度传感器，包括入射光纤(1)和接收光纤(2)、干涉臂A(3)和干涉臂B(4)、出射光纤A(5)和出射光纤B(6)、分束端2×2的3-dB耦合器(7)。

所述的一种基于酒精灌注的高灵敏度光子晶体光纤温度传感器还包括合束端2×2的3-dB耦合器(8)、酒精灌注高双折射光子晶体光纤(9)、银反射镜(10)。

所述分束端2×2的3-dB耦合器(7)一边的两个端口分别与入射光纤(1)以及接收光纤(2)相连接，分束端2×2的3-dB耦合器(7)另两个端口分别与干涉臂A(3)和干涉臂B(4)相连，合束端2×2的3-dB耦合器(8)一边的两个端口分别与干涉臂A(3)和干涉臂B(4)相连接，合束端2×2的3-dB耦合器(8)另两个端口分别与出射光纤A(5)和出射光纤B(6)相连接，出射光纤A(5)与酒精灌注高双折射光子晶体光纤(9)相连接，酒精灌注高双折射光子晶体光纤(9)末端镀银反射镜(10)；分束端2×2的3-dB耦合器(7)、干涉臂A(3)和干涉臂B(4)和合束端2×2的3-dB耦合器(8)构成光纤环镜。