阅读说明：本技术 一种干涉谱增强的蓝宝石光纤法布里-珀罗传感器测量系统 (Sapphire optical fiber Fabry-Perot sensor measuring system with enhanced interference spectrum ) 是由 文晓艳 李颖 张东生 张家伟 贾晓雯 于 2019-09-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种干涉谱增强的蓝宝石光纤法布里-珀罗传感器测量系统,该系统主要由光源、多模光纤分路器、蓝宝石光纤、透镜耦合系统、单模光纤、光探测器组成。光源发出的光依次经过多模光纤分路器、多模光纤、蓝宝石光纤FP传感器,在蓝宝石光纤FP腔两端反射并干涉形成干涉信号返回到多模光纤分路器,然后通过耦合透镜耦合到单模光纤后,由光探测器接收光信号。本发明的测量系统简单可行能够提高蓝宝石光纤FP传感器干涉光谱的可见度,从而提高蓝宝石光纤FP传感器的应用量程和测量精度。(The invention discloses an interference spectrum enhanced sapphire optical fiber Fabry-Perot sensor measuring system which mainly comprises a light source, a multimode optical fiber branching device, a sapphire optical fiber, a lens coupling system, a single mode optical fiber and an optical detector. Light emitted by the light source sequentially passes through the multimode fiber branching unit, the multimode fiber and the sapphire fiber FP sensor, is reflected and interfered at two ends of the sapphire fiber FP cavity to form interference signals, the interference signals are returned to the multimode fiber branching unit, and then the interference signals are coupled to the single-mode fiber through the coupling lens, and then the light signals are received by the light detector. The measuring system is simple and feasible, and can improve the visibility of the interference spectrum of the sapphire optical fiber FP sensor, thereby improving the application range and the measuring precision of the sapphire optical fiber FP sensor.)

一种干涉谱增强的蓝宝石光纤法布里-珀罗传感器测量系统

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种干涉谱增强的蓝宝石光纤法布里-珀罗传感器测量系统。

背景技术

普通石英光纤由于材料的耐高温性能有限，因而无法满足高温环境下的应用需求，蓝宝石光纤由Al2O3结晶拉制而成，熔点高达2050℃，可用于高温环境下的测量应用。但由于蓝宝石光纤为多模光纤，光纤FP干涉光的模式较多，导致干涉谱信号可见度不高，目前文献报导的蓝宝石光纤FP传感器仅能达到1800με，严重制约了蓝宝石光纤FP传感器的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种干涉谱增强的蓝宝石光纤法布里-珀罗传感器测量系统，通过滤除蓝宝石光纤FP传感器干涉光信号中的高阶模光信号，从而提高干涉谱可见度，进而解决传感器应用量程和测量精度不够的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种干涉谱增强的蓝宝石光纤法布里-珀罗传感器测量系统，该系统包括多模光纤分路器、蓝宝石光纤、透镜耦合系统、单模光纤、光探测器，光经过多模光纤分路器传到蓝宝石光纤，在蓝宝石光纤F-P腔两端反射并干涉形成干涉信号返回到多模光纤分路器，透镜耦合系统将多模光纤中传输的光信号耦合到单模光纤，滤除多模光纤出射光中的高阶模信号，留下基模信号在单模光纤中传输，再进入光电探测器。

按上述技术方案，多模光纤分路器的3个接口均接入多模光纤，透镜耦合系统的输入端连接多模光纤，输出端连接单模光纤。

按上述技术方案，透镜耦合系统是与多模光纤、单模光纤的特征参数匹配的自聚焦透镜，自聚焦透镜压缩光束束腰半径，使得蓝宝石光纤F-P传感器出射光耦合进入单模光纤。

按上述技术方案，多模光纤和单模光纤的材质均为石英玻璃，均为阶跃型光纤。

按上述技术方案，多模光纤与蓝宝石光纤通过熔接机熔接或法兰连接。

本发明产生的有益效果是：蓝宝石光纤FP传感器的干涉光信号以基模加高阶模的形式传输，通过本发明的光路方案后，利用透镜耦合系统进入单模光纤，只剩下基模光，因此减少了其他模式的干扰，起到了增强信号可见度的作用，有利于蓝宝石光纤FP传感器应用量程和测量精度的提高。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是蓝宝石光纤F-P传感器测量系统的整体结构示意图；

图2是透镜耦合系统的光路示意图；

图中：1-光源，2-多模光纤一，3-多模光纤分路器，4-多模光纤二，5-蓝宝石光纤一，6-蓝宝石光纤二，7-多模光纤三，8-透镜耦合系统，9-单模光纤，10-光探测器，11-自聚焦透镜。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一，该蓝宝石光纤法布里-珀罗传感器测量系统包括光源、多模光纤分路器、蓝宝石蓝宝石光纤、透镜耦合系统、单模光纤、光探测器，蓝宝石光纤F-P传感器的信号传输部分使用的是多模光纤，而在信号接收部分使用透镜耦合系统将多模光纤的出射光耦合到单模光纤之中，起到模式滤波的作用，从而提高蓝宝石光纤FP传感器测量系统的干涉谱可见度。透镜耦合系统是与多模光纤、单模光纤的特征参数匹配的自聚焦透镜。

光源发出的光经过多模光纤分路器传到蓝宝石光纤，在蓝宝石光纤F-P腔两端反射并干涉形成干涉信号返回到多模光纤分路器，然后利用透镜耦合系统将多模光纤中传输的光信号耦合到单模光纤，滤除多模光纤出射光中的高阶模信号，只留下基模信号在单模光纤中传输，再连接光探测器接收光信号。

实施例二，如图1所示，光源1的光经过多模光纤分路器3，传输到蓝宝石光纤F-P腔，蓝宝石光纤F-P腔由蓝宝石光纤一5和蓝宝石光纤二6组成，光在蓝宝石光纤F-P腔两端面反射并干涉形成干涉信号后回到多模光纤分路器，然后通过透镜耦合到单模光纤，最后由光探测器接收光信号。多模光纤分路器的3个接口分别接入多模光纤一2、多模光纤二4、多模光纤三7，透镜耦合系统8的输入端连接多模光纤三7，输出端连接单模光纤9，单模光纤的另一端连接光探测器10。

所述透镜耦合系统如图2，依据多模光纤和单模光纤的芯径和数值孔径设计合适的透镜，自聚焦透镜11能够有效压缩多模光纤三的光束束腰半径，使得蓝宝石光纤FP传感器出射光能够很好地耦合进入单模光纤。透镜耦合系统是依据多模光纤、单模光纤的芯径及数值孔径特征参数设计的自聚焦透镜。多模光纤和单模光纤的材质均为石英玻璃，为阶跃型光纤，多模光纤与蓝宝石光纤的连接通过熔接机熔接。多模光纤纤芯直径105μm，包层直径125μm，数值孔径为0.22，单模光纤纤芯直径10μm，包层直径125μm，数值孔径为0.12，自聚焦透镜节距为0.25p。

为了解决目前所存在的蓝宝石光纤FP传感器由于蓝宝石光纤模式众多带来的干涉谱可见度低的问题，本系统采用合适的耦合透镜，将多模光纤中传输的光信号耦合进入单模光纤，除去多模干涉光信号中的高阶模信号，达到模式滤波的作用，再连接光探测器接收光信号，从而提高蓝宝石光纤FP传感器干涉光谱的可见度，从而提高蓝宝石光纤FP传感器的应用量程和测量精度。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。