阅读说明：本技术 一种基于模间干涉的错位干涉传感器及其制备方法 (Dislocation interference sensor based on intermode interference and preparation method thereof ) 是由 王�琦 贾乃征 何东昌 伍卓慧 刘欣悦 汪友胜 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种基于模间干涉的错位干涉传感器及其制备方法,其中,基于模间干涉的错位干涉传感器包括：单模光纤和和保偏光纤,单模光纤设置在保偏光纤光纤的两端,保偏光纤位于两单模光纤之间并沿单模光纤径向向下设置,使单模光纤与保偏光纤之间呈阶梯错落结构,保偏光纤可以重复使用,而将单模光纤设置在保偏光纤的两端,使单模光纤与保偏光纤之间呈阶梯错落结构,显著提高了错位干涉传感器的灵敏度,同时,结构简单,可反复使用,可重复性强,并能节约成本。(The invention provides a dislocation interference sensor based on intermode interference and a preparation method thereof, wherein the dislocation interference sensor based on intermode interference comprises the following components: single mode fiber and polarization maintaining fiber, single mode fiber sets up the both ends of polarization maintaining fiber optic fibre, polarization maintaining fiber is located between two single mode fiber and radially sets up downwards along single mode fiber, make to be the ladder structure of straying between single mode fiber and the polarization maintaining fiber, polarization maintaining fiber can used repeatedly, and single mode fiber sets up the both ends of polarization maintaining fiber, it is the ladder structure of straying to make between single mode fiber and the polarization maintaining fiber, the sensitivity of dislocation interference sensor has been showing to be improved, and simultaneously, moreover, the steam generator is simple in structure, can use repeatedly, and high repeatability, and can practice thrift the cost.)

一种基于模间干涉的错位干涉传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及光纤传感器技术领域，具体涉及一种基于模间干涉的错位干涉传感器及其制备方法。

背景技术

模间干涉是一种常见的干涉现象。它是指在同一根光纤的前后两个位置分别实现入射光的分束和合束，当它们满足相位差时，就会产生干涉条纹，从而实现对外部物理环境的测量。

Mach-Zehnder干涉仪是一种基于双光束干涉原理的传感器，将光通过某种手段分成测量臂和参考臂，再将它们汇合在一起，通过测量可以形成干涉现象。通过干涉现象实现对温度、折射率、弯曲等物理量的传感测量。

Mach-Zehnder干涉仪又分成传统型和内嵌型。而光纤错位熔接就属于内嵌型Mach-Zehnder干涉仪。内嵌型Mach-Zehnder干涉仪通过错位的方式，使纤芯光进入包层实现包层模的激发，在光进入光纤之后，纤芯成为测量臂，包层成为参考臂，通过模式的不同形成干涉条纹。

保偏光纤是一种放大光的双折射性质的光纤，又称作增敏光纤。当光通过保偏光纤时，光会分成快轴和慢轴，通过快慢轴的传输可以减少在传统单模光纤中光产生的色散。在传感器中通常使用保偏光纤起到增加传感器灵敏度的作用。而保偏光纤通过拉锥可以形成微纳高双折射光纤，通常应用于Sagnac干涉仪中。

发明内容

本发明为了解决现有光纤错位熔接灵敏度较低的问题，为此，本发明的第一方面提出一种基于模间干涉的错位干涉传感器，本发明的第二方面提出一种基于模间干涉的错位干涉传感器的制备方法。

有鉴于此，本发明第一方面提供了一种基于模间干涉的错位干涉传感器，包括：

单模光纤和和保偏光纤，所述单模光纤设置在保偏光纤光纤的两端，保偏光纤位于两单模光纤之间并沿单模光纤径向向下设置，使单模光纤与保偏光纤之间呈阶梯错落结构。

优选地，所述保偏光纤的长度为9-10mm。

优选地，所述单模光纤熔接在保偏光纤的两端，使单模光纤与保偏光纤之间呈阶梯错落结构。

优选地，错位距离为保偏光纤半径的1/4，所述错位距离为单模光纤与保偏光纤熔接的端面上沿距保偏光纤的垂直距离。

优选地，所述单模光纤与保偏光纤之间的错落结构光功率损失为30dB。

优选地，所述保偏光纤为拉锥后的保偏光纤，保偏光纤中间部分的上沿和下沿向中心轴凹陷。

优选地，所述保偏光纤的拉锥长度为10-15mm。

本发明第二方面提出了一种如上述任一技术方案所述的基于模间干涉的错位干涉传感器的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：截取保偏光纤，截取一端10mm的保偏光纤；

步骤二：拉锥保偏光纤，利用拉锥机将保偏光纤两端拉伸10-15mm，使保偏光纤中间部分的上沿和下沿向中心轴凹陷，

步骤三：错位熔接，利用熔接机将单模光纤分别错位熔接在保偏光纤的两侧，错位距离为保偏光纤半径的1/4，错位距离为单模光纤与保偏光纤熔接的端面上沿距保偏光纤的垂直距离。

步骤四：检测，将传感器两端连接到光谱仪和光源上，并将传感器固定在载玻片上，放入清水中检测，如果光谱仪上显示出明显的干涉条纹，则制作成功。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：相比于现有单模结构，显著提高了灵敏度，制作成功率高，可反复使用，重复性强，与同数量级的传感器相比，制作成本相对较低。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个实施例的错位干涉传感器的结构示意图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的错位干涉传感器的制备方法中检测错位干涉传感器的结构框架示意图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的错位干涉传感器的测量的光谱曲线图；

图4示出了根据本发明的一个实施例的错位干涉传感器拉锥前的灵敏度线性拟合曲线；

图5示出了根据本发明的一个实施例的错位干涉传感器拉锥后的灵敏度线性拟合曲线；

图6示出了根据本发明的一个实施例的错位干涉传感器制备方法的流程示意图。

其中：1、单模光纤；2、保偏光纤。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图6描述根据本发明一些实施例所述一种基于模间干涉的错位干涉传感器及其制备方法。

在本发明第一方面的实施例中，如图1所示，本发明提出了一种基于模间干涉的错位干涉传感器，包括：单模光纤1和和保偏光纤2，单模光纤1设置在保偏光纤2光纤的两端，保偏光纤2位于两单模光纤1之间并沿单模光纤1径向向下设置，使单模光纤1与保偏光纤2之间呈阶梯错落结构。

在该实施例中，保偏光纤2可以重复使用，而将单模光纤1设置在保偏光纤2的两端，保偏光纤2位于两单模光纤1之间并沿单模光纤1径向向下设置,且与两单模光纤1相连接，使两单模光纤1与保偏光纤2之间呈阶梯错落结构，显著提高了错位干涉传感器的灵敏度，同时，结构简单，可反复使用，可重复性强，并能节约成本。

在本发明的一个实施例中，优选地，保偏光纤2的长度为9-10mm。

在该实施例中，保偏光纤2长度为9-10mm，此时光谱仪上的波谷数量适中，便于检测和观察波谷漂移程度。与此同时，错位干涉传感器的灵敏度高。

在本发明的一个实施例中，优选地，如图1所示，单模光纤1熔接在保偏光纤2的两端，使单模光纤1与保偏光纤2之间呈阶梯错落结构。

在该实施例中，利用熔接机如日本古河S117熔接机，将两单模光纤1熔接于保偏光纤2的两端，采用熔接方式，使光纤连接损耗低，安全可靠，受外界因素影响小，设备型号仅为举例，并不仅限于本发明。

在本发明的一个实施例中，优选地，错位距离为保偏光纤2半径的1/4，错位距离为单模光纤1与保偏光纤2熔接的端面上沿距保偏光纤2的垂直距离。

在该实施例中，错位距离为保偏光纤2半径的1/4，此时光谱仪波谷的深度适中，可以通过光谱仪快速的检测此时波谷对应的光源的波长值，同时，错位干涉传感器的灵敏度高。

在本发明的一个实施例中，优选地，单模光纤1与保偏光纤2之间的错落结构光功率损失为30dB。

在该实施例中，单模光纤1与保偏光纤2之间的错落结构光功率损失为30dB，错位熔接则为成功。

在本发明的一个实施例中，优选地，如图1所示，保偏光纤2为拉锥后的保偏光纤2，保偏光纤2中间部分的上沿和下沿向中心轴凹陷。

在该实施例中，利用拉锥机，如型号为IPCS-5000的拉锥机对保偏光纤进行拉锥，保偏光纤2进行拉锥时，由于其半径减小，加大保偏光纤2本身的双折射效应和大倏逝场效应，进而提高传感器对周围介质折射率的不同影响，从而加大灵敏度，设备型号仅为举例，并不仅限于本发明。

在本发明的一个实施例中，优选地，保偏光纤2的拉锥长度为10-15mm。

在该实施例中，保偏光纤2的拉锥长度为10-15mm，错位干涉传感器的灵敏度高

在本发明的第二方面的实施例中，如图6所示，本发明提出了一种如上述任一实施方式所述的基于模间干涉的错位干涉传感器的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：截取保偏光纤2，截取一端10mm的保偏光纤2；

步骤二：拉锥保偏光纤2，利用拉锥机将保偏光纤2两端拉伸10-15mm，使保偏光纤2中间部分的上沿和下沿向中心轴凹陷，

步骤三：错位熔接，利用熔接机将单模光纤1分别错位熔接在保偏光纤2的两侧，错位距离为保偏光纤2半径的1/4，错位距离为单模光纤1与保偏光纤2熔接的端面上沿距保偏光纤2的垂直距离。

步骤四：检测，将错位干涉传感器两端连接到光谱仪和光源上，并将传感器固定在载玻片上，放入清水中检测，并用电脑分析，如果光谱仪上显示出明显的干涉条纹，则制作成功。

本发明提供的基于模间干涉的错位干涉传感器的制备方法，首先截取一段10mm左右的保偏光纤2，在保偏光纤2中间部分利用拉锥机拉伸10-15mm。然后通过熔接机将单模光纤1与保偏光纤2进行两次错位熔接，错位距离应为保偏光纤2半径的1/4，错位距离小于保偏光纤半径的1/4,波谷不明显。如图2所示，错位熔接结束后，将错位干涉传感器两端连接到光谱仪和光源上，光谱仪采用日本横河AQ6375B光谱仪，光源为海洋OPTICSHL2000HP，并将错位干涉传感器固定在载玻片上直接放入清水中，进行检测，并用电脑分析，如果光谱仪上显示出了明显的干涉条纹，则制作成功，设备型号仅为举例，并不仅限于本发明。

对错位干涉传感器对灵敏度的提高进行了探究，光源采用波长范围在1525-1625nm范围的光源，并用超连续谱记录共振光谱。配置了折射率变化在1.3310-1.3370范围的氯化钠盐溶液，其折射率值用阿贝折射仪进行测定。在测定中，使用有限元分析法来进行分析。

如图3所示，在折射率变化范围1.3320-1.3370内，共振波谷向右漂移，之后稳定在一个固定数值上。当外界这是折射率的时候，光谱仪上的光谱波谷所在的波长会发生漂移，通过对波谷所在的波长值进行检测，可以测得溶液的折射率，而波谷的漂移量和折射率的改变量呈线性关系，波谷漂移量与折射率改变量拟合出的直线斜率即为灵敏度，灵敏度越高，波谷的漂移量越高，检测的准确度越好。如图4所示，根据y＝574.336x+821.90可知，保偏光纤2在未经拉锥时灵敏度仅有574.3nm/RIU。在拉锥过后，如图5所示，由y＝14407.0992+9656x可知，灵敏度可以增长到9656nm/RIU，灵敏度大大提高。

在本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本发明中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中。