一種基于花生形結(jié)構(gòu)的馬赫曾德干涉儀的折射率傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種基于花生形結(jié)構(gòu)(Peanut-Shape Structure)的馬赫曾德干涉儀(Mach-Zehnder Interferometer)的折射率傳感器，其特征在于：由入射光纖(1)、第一個(gè)花生形結(jié)構(gòu)(2)、連接光纖(3)、第二個(gè)花生形結(jié)構(gòu)(4)、出射光纖(5)組成；第一個(gè)花生形結(jié)構(gòu)(2)的兩端分別與入射光纖(1)和連接光纖(3)相連接，第二個(gè)花生形結(jié)構(gòu)(4)的兩端分別與連接光纖(3)和出射光纖(5)相連接，兩個(gè)花生形結(jié)構(gòu)(2)和(4)由一段連接光纖(3)連接；兩個(gè)花生形結(jié)構(gòu)(2)和(4)和連接光纖(3)構(gòu)成全光纖馬赫曾德干涉儀；本實(shí)用新型靈敏度高、制作簡(jiǎn)單、成本低、結(jié)構(gòu)微小，可以應(yīng)用于各類實(shí)際工程中。
【專利說(shuō)明】一種基于花生形結(jié)構(gòu)的馬赫曾德干涉儀的折射率傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型提供了一種基于花生形結(jié)構(gòu)（Peanut-ShapeStructure)的馬赫曾德 干涉儀（Mach-ZehnderInterferometer)的折射率傳感器，屬于光纖傳感【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 馬赫曾德干涉儀廣泛應(yīng)用于傳感領(lǐng)域中。它是運(yùn)用雙光束干涉原理制作而成的。 傳統(tǒng)的馬赫曾德干涉儀是由單色光激光器、兩個(gè)耦合器，兩根普通的單模光纖和光譜儀組 成。由激光器發(fā)出的相干光，通過(guò)一個(gè)親合器分別進(jìn)入兩根長(zhǎng)度相同的單模光纖中，一根光 纖被放到測(cè)試環(huán)境中作為傳感器來(lái)感受某一物理量的變化，另一根光纖作為參考臂被固定 好，然后通過(guò)另一個(gè)耦合器使得傳感臂和參考臂中的不同光程差的兩束光產(chǎn)生干涉，最后 通過(guò)觀測(cè)光譜儀中干涉信號(hào)的變化來(lái)監(jiān)測(cè)被測(cè)物理量的變化。
[0003]由于傳統(tǒng)的光纖馬赫曾德干涉儀的干涉臂是由兩根單模光纖組成的，并且要求兩 個(gè)干涉臂應(yīng)固定在相應(yīng)的物理環(huán)境下，除了需要測(cè)量的物理量外不應(yīng)受到如溫度、濕度等 其他物理量的影響，同時(shí)該干涉儀中的兩個(gè)干涉臂長(zhǎng)度要完全相同，稍有不同就會(huì)影響該 干涉儀的測(cè)量精度。因此傳統(tǒng)的馬赫曾德干涉儀制作困難，穩(wěn)定性較差。為了解決以上這 些問(wèn)題，一類新型的全光纖馬赫曾德干涉儀傳感器被提出來(lái)，這種干涉儀的干涉臂只有一 根光纖。這種全光纖的馬赫曾德干涉儀具有靈敏度高、制作簡(jiǎn)單、成本低、結(jié)構(gòu)微小等優(yōu)點(diǎn)。
[0004] 基于花生形結(jié)構(gòu)馬赫曾德干涉儀的折射率傳感器中的花生形結(jié)構(gòu)使得包層與纖 芯中的光發(fā)生干涉。當(dāng)使用該傳感器對(duì)外界環(huán)境折射率進(jìn)行測(cè)量時(shí)，每次改變折射率都會(huì) 使干涉條紋發(fā)生漂移。這是由于包層模和纖芯模對(duì)折射率變化的響應(yīng)程度不同，從而導(dǎo)致 原來(lái)的光程差發(fā)生改變。在新的光程差下，干涉條紋就會(huì)有所改變。當(dāng)折射率經(jīng)過(guò)一系列 的變化之后，就會(huì)在光譜儀上顯現(xiàn)出一系列的干涉條紋。在干涉條紋的某些特征位置，比如 干涉峰或干涉谷，就可以看到極值所位于的波長(zhǎng)發(fā)生漂移。通過(guò)監(jiān)測(cè)干涉光譜的漂移量可 以實(shí)現(xiàn)折射率測(cè)量。通過(guò)將該傳感器放在同一溫度環(huán)境下，消除溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于花生形結(jié)構(gòu)的馬赫曾德干涉儀的折射率傳 感器。該裝置能夠?qū)⒋郎y(cè)折射率的變化量轉(zhuǎn)化為探測(cè)信號(hào)的波長(zhǎng)漂移量。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 成本低、結(jié)構(gòu)微小、靈敏度高等特點(diǎn)。
[0006] 本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種基于花生形結(jié)構(gòu)的馬赫曾德干涉儀的折射率傳感器，由入射光纖（1)、第一個(gè) 花生形結(jié)構(gòu)（2)、連接光纖（3)、第二個(gè)花生形結(jié)構(gòu)（4)、出射光纖（5)組成；第一個(gè)花生形 結(jié)構(gòu)⑵的兩端分別與入射光纖⑴和連接光纖⑶相連接，第二個(gè)花生形結(jié)構(gòu)⑷的兩 端分別與連接光纖（3)和出射光纖（5)相連接，兩個(gè)花生形結(jié)構(gòu)（2)和（4)由一段連接光 纖⑶連接；兩個(gè)花生形結(jié)構(gòu)⑵和⑷和連接光纖⑶構(gòu)成全光纖的馬赫曾德干涉儀。
[0008] 所述的一種基于花生形結(jié)構(gòu)的馬赫曾德干涉儀的折射率傳感器，其特征在于：入 射光纖（I)、出射光纖（5)和連接光纖（3)均可采用G. 652單模光纖，入射光纖（1)和出射 光纖（5)長(zhǎng)度為20?40cm，連接光纖（3)長(zhǎng)度為25?35mm。
[0009] 所述的一種基于花生形結(jié)構(gòu)的馬赫曾德干涉儀的折射率傳感器，其特征在于：花 生形結(jié)構(gòu)（2)和（4)的光纖均可采用G. 652單模光纖，長(zhǎng)度為390?410um，花生形結(jié)構(gòu)（2) 和（4)的外層光纖直徑為200um?230um〇
[0010] 本實(shí)用新型的工作原理是：當(dāng)帶寬光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)入射光纖進(jìn)入第一個(gè)花生形 結(jié)構(gòu)，包層模式被激發(fā)，一部分光將耦合進(jìn)入包層，另一部分光將繼續(xù)沿著纖芯傳播，當(dāng)?shù)?達(dá)第二個(gè)花生形結(jié)構(gòu)時(shí)，在包層中傳播的光將與在纖芯中傳播的光發(fā)生干涉，最后經(jīng)過(guò)傳 出光纖到達(dá)光譜儀。由于包層與纖芯中存在相位差Φ，馬赫曾德干涉儀才可以用來(lái)測(cè)量外 界的折射率。這里Φ可近似寫成
[0011]

【權(quán)利要求】
1. 本實(shí)用新型提供了一種基于花生形結(jié)構(gòu)的馬赫曾德干涉儀的折射率傳感器，其特征 在于：由入射光纖（1)、第一個(gè)花生形結(jié)構(gòu)（2)、連接光纖（3)、第二個(gè)花生形結(jié)構(gòu)（4)、出射 光纖（5)組成；第一個(gè)花生形結(jié)構(gòu)（2)的兩端分別與入射光纖（1)和連接光纖（3)相連接， 第二個(gè)花生形結(jié)構(gòu)（4)的兩端分別與連接光纖（3)和出射光纖（5)相連接，兩個(gè)花生形結(jié) 構(gòu)（2)和（4)由一段連接光纖（3)連接；兩個(gè)花生形結(jié)構(gòu)（2)和（4)和連接光纖（3)構(gòu)成 全光纖馬赫曾德干涉儀。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于花生形結(jié)構(gòu)的馬赫曾德干涉儀的折射率傳感器，其 特征在于：入射光纖（1)、出射光纖（5)和連接光纖（3)均可采用G. 652單模光纖，入射光 纖⑴和出射光纖（5)長(zhǎng)度為20?40cm，連接光纖（3)長(zhǎng)度為25?35mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于花生形結(jié)構(gòu)的馬赫曾德干涉儀的折射率傳感器，其 特征在于：花生形結(jié)構(gòu)（2)和（4)的光纖均可采用G. 652單模光纖，長(zhǎng)度為390?410um， 花生形結(jié)構(gòu)（2)和（4)的外層光纖直徑為200um?230um。
【文檔編號(hào)】G01N21/45GK204255859SQ201420692398
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】馬啟飛, 倪凱, 黃然, 吳雪英 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院