[发明专利]一种在线调节光纤马赫‑曾德干涉仪获得高质量干涉光谱的方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感器技术领域，涉及一种在线调节光纤马赫-曾德干涉仪获得高质量干涉光谱的方法。

背景技术

光纤马赫-曾德干涉仪由于其结构紧凑、体积小、灵敏度高、响应速度快等优点已被广泛应用于各种参数的测量，包括温度、折射率、应力等。光纤马赫-曾德干涉仪通常在光纤中串联两个特殊结构，例如拉锥结构、凸锥结构、错位结构、花生结构、光子晶体光纤塌陷区等，其中一个结构作为光束分光器，将纤芯中传输的光部分耦合到包层中传输，另外一个结构作为光束合光器，将包层中的光重新耦合到纤芯中，从而使纤芯中的光和包层中的光在合光器处发生干涉。目前，优化上述光纤干涉仪的光谱质量需要制作多个干涉仪结构。

发明内容

本发明的目的是克服目前优化光纤马赫-曾德干涉仪的光谱质量需要制作多个干涉仪结构，引起操作不便，光纤材料尤其光子晶体光纤等特种光纤材料浪费，花费较高，包含多次切割易造成操作误差等问题，提出一种操作便利、可通过单个光纤马赫-曾德干涉仪结构实现的光谱质量在线调整方法。通过对光纤马赫-曾德干涉仪制作完成的台阶形锥施加多次微错位与弱放电，同时在光谱仪上观察干涉仪的输出干涉谱，实现对台阶形锥结构参数的在线扫描与对干涉光谱的在线调整，加速基于台阶形锥光纤马赫-曾德干涉仪光谱质量优化的进程。

本发明的具体技术方案为：一种在线调节光纤马赫-曾德干涉仪获得高质量干涉光谱的方法，包括如下步骤：

步骤1，制备光纤马赫-曾德干涉仪；

1.1将一条单模光纤切割成三段，位置顺序不变，在熔接机中分别对两组光纤的切割端面施加放电强度为100～150unit，放电时间为800～1200ms的强电弧放电，制得光纤半锥；

1.2通过调节熔接机的马达径向移动，对一组光纤半锥在径向进行错位量为4～7μm的错位，之后对径向错位放置的两个光纤半锥进行熔接，形成第一台阶形锥；

1.3对另一组光纤半锥在径向进行与步骤1.2相同程度的错位后熔接，形成第二台阶形锥；得到具有对称台阶形锥的光纤马赫-曾德干涉仪；

步骤2，在线调整，获得最优干涉光谱；

2.1将步骤1.3制备得到的具有对称台阶形锥的光纤马赫-曾德干涉仪的一端连接宽谱光源，另一端连接光谱分析仪；

2.2对第二台阶形锥进行错位量为4～7μm的微错位与放电强度为100～150unit，放电时间为150～200ms的弱放电，光纤马赫-曾德干涉仪具有非对称台阶形锥；

2.3通过光谱分析仪记录具有非对称台阶形锥的光纤马赫-曾德干涉仪的干涉光谱，并读取其光谱消光比及插入损耗；

2.4重复步骤2.2和2.3，通过比较光谱消光比及插入损耗的参数性能，直至获得最优干涉光谱。

进一步地，上述步骤1.2和步骤1.3的熔接程序参数为：预熔时间为140～180ms，放电强度90～110unit，放电时间700～900ms，端面间距离0～5μm，Z推进距离15～20μm。

本发明的有益效果是，本发明提出的一种在线调节光纤马赫-曾德干涉仪获得高质量干涉光谱的方法，此方法通过只制作一个光纤干涉仪可节省优化结构参数时间，降低光纤消耗，尤其光子晶体光纤等特种光纤，进而节省费用，此外还可以避免制作多个光纤结构过程中人为因素的影响，例如避免光纤端面切割不平整度等的影响，从而改善并加速了光纤马赫-曾德干涉仪结构与光谱优化的进程。此外，此方法可获得插入损耗低且消光比高的高质量光谱。

附图说明

图1为具有非对称台阶形锥的光纤马赫-曾德干涉仪的结构原理图。

图2为台阶形光纤锥的制作过程示意图；其中，(a)为对切割好的光纤端面施加强电弧放电示意图；(b)光纤半锥结构示意图；(c)为对两个半锥在径向施加6μm错位后放电熔接示意图；(d)为制得初始台阶形锥结构示意图；(e)为对第二台阶形锥施加5μm微位移与弱放电示意图；(f)为施加微位移与弱放电后所得第二台阶形锥结构示意图。

图3为台阶形光纤锥的制作过程实物图；其中，(a)为对切割好的光纤端面施加强电弧放电熔接机中实物图；(b)光纤半锥结构熔接机中实物图；(c)为对两个半锥在径向施加6μm错位后放电熔接熔接机中实物图；(d)为制得台阶形锥结构熔接机中实物图。

图4为对第二台阶形锥在Y方向施加不同次数的5μm微错位与放电强度为100unit，放电时间为200ms的弱放电后所获得的干涉光谱图。

图5为图4中干涉谱的消光比及插入损耗与微错位和弱放电次数的关系。