一种基于Sagnac环与FP腔并联的光谱探测温度传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于Sagnac环与FP腔并联的光谱探测温度传感器，包括：第一耦合器，隔离器，第二耦合器，环形器，FP腔，第三耦合器，Sagnac环，衰减器，第四耦合器；所述第一耦合器、隔离器、第二耦合器、环形器、FP腔、第三耦合器、Sagnac环、衰减器、第四耦合器通过单模光纤连接；所述第一耦合器与所述隔离器相连，所述隔离器与所述第二耦合器入口相连，所述第二耦合器第一出口与所述环形器、FP腔相连，所述第二耦合器第二出口与所述第三耦合器、Sagnac环入口相连、衰减器相连，所述衰减器与所述第四耦合器第二入口相连，所述第四耦合器出口与光谱仪相连。本发明专利技术利用游标效应，基于Sagnac环与FP腔并联结构温度传感器比基于单个Sagnac环结构的温度传感器灵敏度提高几十倍。

A spectral detection temperature sensor based on parallel Sagnac ring and FP cavity

The invention relates to a temperature sensor, spectrum of Sagnac ring and FP parallel detection based on cavity comprises a first coupler, second couplers, isolators, circulators, FP cavity, third coupler, Sagnac ring, attenuator, fourth coupler; the first coupler, isolator, coupler, second ring, FP cavity, coupler, third Sagnac ring, attenuator, fourth coupler connected by a single-mode fiber; the first coupler and the isolator is connected, the isolator and the second coupler connected to the entrance, the first outlet and the second coupler ring, FP cavity connected the second coupler second outlet with the third coupler, Sagnac ring entrance connected, the attenuator attenuator is connected with the fourth coupler second entrance connected, the fourth coupler and export spectrometer To be connected\u3002 The invention uses vernier effect, sensitivity of temperature sensor based on the Sagnac ring and the FP cavity temperature sensor based on Sagnac parallel structure single ring structure several times to improve.

【技术实现步骤摘要】
一种基于Sagnac环与FP腔并联的光谱探测温度传感器
本专利技术涉及一种光谱探测温度传感器，特别涉及一种基于Sagnac环与FP腔并联的光谱探测温度传感器。
技术介绍
目前基于光纤光栅的温度传感器灵敏度太低，仅为约10pm/℃，基于长周期光栅的温度传感器灵敏度相对较高，但存在对弯曲和外部材料交叉敏感的问题，基于光纤马赫-曾德干涉仪或光纤迈克尔逊干涉仪的温度传感器对外界振动交叉敏感，尽管相比于以上温度传感器，基于单个Sagnac环干涉的温度传感器具有更强的抗外界干扰的能力，但是通常情况下其灵敏度仅有约1nm/℃。因此，研制一种灵敏度较高的光纤传感器成为本领域迫切解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决目前光纤传感器灵敏度不高的技术问题，开发了一种基于Sagnac环与FP腔并联的光谱探测温度传感器。具体的，本专利技术涉及一种基于Sagnac环与FP腔并联的光谱探测温度传感器，包括：第一耦合器，隔离器，第二耦合器，环形器，FP腔，第三耦合器，Sagnac环，衰减器，第四耦合器；所述第一耦合器、隔离器、第二耦合器、环形器、FP腔、第三耦合器、Sagnac环、衰减器、第四耦合器通过单模光纤连接；所述第一耦合器与所述隔离器相连，所述隔离器与所述第二耦合器入口相连，所述第二耦合器第一出口与所述环形器第一入口相连，所述环形器第一出口与所述FP腔入口相连，所述FP腔出口与所述环形器第二入口相连，所述环形器第二出口与所述第四耦合器第一入口相连，所述第二耦合器第二出口与所述第三耦合器第一入口相连，所述第三耦合器第一出口与所述Sagnac环入口相连，所述Sagnac环出口与所述第三耦合器第二入口相连，所述第三耦合器第二出口与所述衰减器相连，所述衰减器与所述第四耦合器第二入口相连，所述第四耦合器出口与光谱仪相连。进一步的，所述Sagnac环内包含一段长度为0.1-2米的双孔光纤，所述双孔光纤两端与所述单模光纤熔接；所述双孔光纤包含纤芯和两个相对于所述纤芯对称分布的空气孔，两个所述空气孔内填充酒精。进一步的，所述双孔光纤的直径与单模光纤均为110-140微米，所述双孔光纤的两个空气孔的直径均为10-30微米，两孔间隔40-60微米。进一步的，所述双孔光纤的长度为1米，直径与单模光纤均为125微米，所述双孔光纤的两个空气孔的直径均为20微米，两孔间隔50微米。进一步的，FP腔为石英管两端熔接所述单模光纤，所述石英管长度为100-500微米，所述石英管外径与所述单模光纤直径均为110-140微米，所述石英管内径为20-80微米。进一步的，所述石英管长度为300微米，所述石英管外径与所述单模光纤直径均为125微米，所述石英管内径为60微米。进一步的，所述FP腔干涉谱为：其中，IFP为FP腔干涉谱光强，I1和I2分别为FP腔反射面1和反射面2的反射光强，d为FP腔的长度，n为FP腔内空气折射率，λ为入射光的波长，FP腔的自由光谱范围FSRFP为FSRFP＝λ2/2nd(2)所述Sagnac环的透射谱为：其中，Isagnac为Sagnac环干涉谱光强,B和L分别为双孔光纤的双折射系数和长度，λ为入射光的波长，Sagnac环的自由光谱范围FSRSagnac为FSRSagnac＝λ2/BL(4)干涉谱包络的自由光谱范围FSREnvelope与FP腔自由光谱范围FSRFP和Sagnac环自由光谱范围FSRSagnac的关系为当Sagnac环在温度的作用下频移时，干涉谱包络随之频移，且频移量是Sagnac环频移量的M倍，M为灵敏度增大因子，表示为所述M的取值范围为10-50。进一步的，所述M的取值为20。本专利技术的有益效果：本专利技术提出了基于Sagnac环与FP腔并联结构的温度传感器，当Sagnac环的自由光谱范围与FP腔的自由光谱范围接近时，信号光经Sagnac环和FP腔构成的并联结构后，干涉谱将会产生包络，当温度变化时，干涉谱包络的频移为Sagnac环干涉谱频移的几十倍，此现象称为游标效应。利用游标效应，基于Sagnac环与FP腔并联结构的温度传感器比基于单个Sagnac环结构的温度传感器灵敏度提高几十倍。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例温度传感器的结构原理示意图；图2为本专利技术实施例双孔光纤截面图；图3为本专利技术实施例FP腔结构原理示意图；图4(a)为单独FP腔和Sagnac环干涉普；图4(b)为FP腔和Sagnac环并联干涉普；图5(a)为单个Sagnac环干涉仪和单个FP腔干涉仪的干涉谱；图5(b)为FP腔和Sagnac环并联干涉普；图6(a)为42.2℃和43.0℃时单个Sagnac环和单个FP腔的干涉谱；图6(b)为42.2℃和43.0℃时FP腔和Sagnac环并联干涉谱；图7为单个Sagnac环与并联结构干涉谱频移随温度的变化。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面结合附图详细说明本专利技术的优选实施例。如图1所示，本专利技术涉及一种基于Sagnac环与FP腔并联的光谱探测温度传感器，包括：第一耦合器，隔离器，第二耦合器，环形器，FP腔，第三耦合器，Sagnac环，衰减器，第四耦合器；所述第一耦合器、隔离器、第二耦合器、环形器、FP腔、第三耦合器、Sagnac环、衰减器、第四耦合器通过单模光纤连接；所述第一耦合器与所述隔离器相连，所述隔离器与所述第二耦合器入口相连，所述第二耦合器第一出口与所述环形器第一入口相连，所述环形器第一出口与所述FP腔入口相连，所述FP腔出口与所述环形器第二入口相连，所述环形器第二出口与所述第四耦合器第一入口相连，所述第二耦合器第二出口与所述第三耦合器第一入口相连，所述第三耦合器第一出口与所述Sagnac环入口相连，所述Sagnac环出口与所述第三耦合器第二入口相连，所述第三耦合器第二出口与所述衰减器相连，所述衰减器与所述第四耦合器第二入口相连，所述第四耦合器出口与光谱仪相连。检测光(通常取C波段到L波段的ASE光源)通过第一耦合器进入单模光纤后，又经过隔离器，避免光路反复，然后光信号通过第二耦合器分成两束，一束光通过循环器进入FP腔，光信号经过FP腔的前后面反射后，由于出现位相差而形成干涉条纹(如图4(a)所示)，另一束光通过第三耦合器进入Sagnac环，经Sagnac环内的双孔光纤时分为分别沿快慢轴传输的两束光，由于快慢轴折射率不同，当此两束光再次经第三耦合器相遇时，就会形成Sagnac干涉条纹，(如图4(a)所示)，两部分干涉信号光通过第四耦合器叠加，形成叠加后的包络(如图4(b)所示)，当温度变化时，双孔光纤快慢轴的折射率差发生变化，导致Sagnac干涉谱频移，进而导致干涉谱包络频移，通过光谱仪测量干涉谱包络的频移量即可获得温度变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Sagnac环与FP腔并联的光谱探测温度传感器，其特征在于，包括：第一耦合器，隔离器，第二耦合器，环形器，FP腔，第三耦合器，Sagnac环，衰减器，第四耦合器；所述第一耦合器、隔离器、第二耦合器、环形器、FP腔、第三耦合器、Sagnac环、衰减器、第四耦合器通过单模光纤连接；所述第一耦合器与所述隔离器相连，所述隔离器与所述第二耦合器入口相连，所述第二耦合器第一出口与所述环形器第一入口相连，所述环形器第一出口与所述FP腔入口相连，所述FP腔出口与所述环形器第二入口相连，所述环形器第二出口与所述第四耦合器第一入口相连，所述第二耦合器第二出口与所述第三耦合器第一入口相连，所述第三耦合器第一出口与所述Sagnac环入口相连，所述Sagnac环出口与所述第三耦合器第二入口相连，所述第三耦合器第二出口与所述衰减器相连，所述衰减器与所述第四耦合器第二入口相连，所述第四耦合器出口与光谱仪相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于Sagnac环与FP腔并联的光谱探测温度传感器，其特征在于，包括：第一耦合器，隔离器，第二耦合器，环形器，FP腔，第三耦合器，Sagnac环，衰减器，第四耦合器；所述第一耦合器、隔离器、第二耦合器、环形器、FP腔、第三耦合器、Sagnac环、衰减器、第四耦合器通过单模光纤连接；所述第一耦合器与所述隔离器相连，所述隔离器与所述第二耦合器入口相连，所述第二耦合器第一出口与所述环形器第一入口相连，所述环形器第一出口与所述FP腔入口相连，所述FP腔出口与所述环形器第二入口相连，所述环形器第二出口与所述第四耦合器第一入口相连，所述第二耦合器第二出口与所述第三耦合器第一入口相连，所述第三耦合器第一出口与所述Sagnac环入口相连，所述Sagnac环出口与所述第三耦合器第二入口相连，所述第三耦合器第二出口与所述衰减器相连，所述衰减器与所述第四耦合器第二入口相连，所述第四耦合器出口与光谱仪相连。2.根据权利要求1所述的光谱探测温度传感器，其特征在于，所述Sagnac环内包含一段长度为0.1-2米的双孔光纤，所述双孔光纤两端与所述单模光纤熔接；所述双孔光纤包含纤芯和两个相对于所述纤芯对称分布的空气孔，两个所述空气孔内填充酒精。3.根据权利要求2所述的光谱探测温度传感器，其特征在于，所述双孔光纤的直径与单模光纤均为110-140微米，所述双孔光纤的两个空气孔的直径均为10-30微米，两孔间隔40-60微米。4.根据权利要求3所述的光谱探测温度传感器，其特征在于，所述双孔光纤的长度为1米，直径与单模光纤均为125微米，所述双孔光纤的两个空气孔的直径均为20微米，两孔间隔50微米。5.根据权利要求1所述的光谱探测温度传感器，其特征在于，FP腔为石英管两端熔接所述单模光纤，所述石英管长度为100-500微米，所述石英管外径与所述单模光纤直径均为110-140微米，所述石英...

【专利技术属性】
技术研发人员：李林军，杨玉强，杨曦凝，白云峰，谢文强，周龙，
申请(专利权)人：黑龙江工程学院，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23