光学参数感测暨调制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种光学参数感测暨调制系统，其包含一多芯光纤以及分别连接于该多芯光纤两端的一光源以及一光谱分析仪，该光源输出光至该多芯光纤，使该光谱分析仪测得光通过该多芯光纤于各波长的穿透损失响应；本发明专利技术的多芯光纤产生叠加模态干涉，进而可以制作可调制的滤波器或折射率感测器等应用。的滤波器或折射率感测器等应用。的滤波器或折射率感测器等应用。

【技术实现步骤摘要】
光学参数感测暨调制系统


[0001]本专利技术涉及一种使用多芯光纤的光学感测系统。

技术介绍

[0002]色散是光纤滤波器和激光器的所需要解决的主要问题之一，一般可组合具有不同色散特性的材料调整光纤的波导色散，以形成特定的波导结构。目前使用光纤作为感测元件的设备，因为光纤特性的限制，致使其仅能针对待测物的特定特性予以分析。

技术实现思路

[0003]为了解决目前光纤量测设备的使用限制，本专利技术提出一种具有可调制、转动相关的多参数光学量测设备，其系一种光学参数感测暨调制系统，其包含一多芯光纤以及分别连接于该多芯光纤两端的一光源以及一光谱分析仪，该光源输出一光至该多芯光纤，使该光谱分析仪测得该光通过该多芯光纤于各波长的穿透损失响应。
[0004]该多芯光纤的两端设于一转动驱动设备上，使该多芯光纤于该光源与该光谱分析仪操作过程可相对一待测物轴向转动。
[0005]由上述说明可知，本专利技术的多芯光纤包含周期性排列的掺锗光纤(high index Ge cores)产生叠加模态干涉，配合转动与光导入与光谱量测，进而可以制作可调制的滤波器或折射率感测器等应用。
附图说明
[0006]图1为本专利技术较佳实施例的系统示意图；
[0007]图2为本专利技术较佳实施例的穿透损失对波长的量测结果图；
[0008]图3为本专利技术较佳实施例的结构外观量测及折射率示意图；
[0009]图4为本专利技术较佳实施例的不同环境折射率的穿透损失图；
[0010]图5为本专利技术较佳实施例的折射率对偏移波长关系图；
[0011]图6为本专利技术较佳实施例转动关系下波长对穿透损失量测图；及
[0012]图7为本专利技术较佳实施例转动角度对波长与穿透损失量测图。
[0013]附图标记说明：
[0014]SLD光源
[0015]OSA光谱分析仪
[0016]D多芯光纤外径
具体实施方式
[0017]请参考图1，本专利技术光学感测系统的较佳实施例，其包含一多芯光纤(multicore fibers,MCF)，其该多芯光纤一端连结一光源(SLD)，另一端连接一光谱分析仪(OSA)，该光源产生多波长的光输出至该多芯光纤。进一步地，该多芯光纤的两端可设有一转动驱动设
备，例如马达，使该多芯光纤于该光源与该光谱分析仪操作过程可相对一待测物轴向转动。該光源可為激光光源(或稱雷射光源)、多波長的LED光源等。
[0018]该多芯光纤可为一拉锥多芯光纤，系由包含一中心光纤以及六个等距环绕于该中心光纤的卫星光纤的一七芯弱耦合多芯光纤(weakly-coupled)于一拉锥制程后，所形成一強耦合多芯光纤，使该多芯光纤的局部表面产生渐逝场。
[0019]上述使多芯光纤的表面产生渐逝场的备制方式不限定，可以例如蝕刻製程、局部研磨等方式，讓漸逝場得出現於表面。
[0020]上述通过该拉锥制程，原先为弱耦合的多芯光纤转换为该强耦合多芯光纤，使六角对称周期性分布的卫星纤维与中心光纤产生六角对称叠加模态(hexagonally symmetric supermodes)，进而产生该渐逝场。
[0021]以下以拉锥型态的多芯光纤，说明本实施例的制备步骤与功效。
[0022]请参考图3，上述弱耦合多芯光纤，本实施例采用中心光纤、卫星光纤的直径(d1)为5.62μm，两两光纤距离决定于尽量避免功率耦合(cross power coupling)，本实施例的光纤距离(d2,d3)为29.4μm，其中d2为中心光纤与卫星光纤的距离，d3为两两卫星光纤之间的距离。
[0023]为了量测目的，本实施例耦接于一单模光纤(singlemode fiber,SMF)，使由单模光纤导入的激光光源仅于中心光纤传输，六个卫星光纤则处于一黑状态(dark status)。該拉锥制程系以氢气焰对多芯光纤中段部位予以加热并由该多芯光纤两端朝相反方向施力拉伸，卫星光纤逐渐进入拉锥细化的中心光纤的有效模式(effective mode)，产生强耦合(strongly-coupled)的多芯光纤，并产生两个叠加模式(supermode)以及叠加模干涉(suprmode interference)。上述叠加模干涉的强化与多芯纤维外径(D，图1)成反比关系，通过光谱分析仪(optical spectrum analyzer,OSA)可测得该多芯纤维外径越小时会产生数个传输损失峰(transmission dips)。本实施例多芯纤维外径D达到35μm时，渐逝场可产生于该多芯纤维的拉锥后腰部位置，且更为转动相关(rotational dependent)，示意图如图3(b)所示。图3(b)的圆形为光纤物理位置示意，包围于圆形部位的表示信号强度(intensity patterns)示意。以影像撷取装置CCD以1000X倍率拍摄具有外径D＝30μm的多芯光纤影像可得图3(b)。当多芯光纤周围液体(ambient liquids)的折射率n大于1.35时，共振波长朝长波长方向移动。
[0024]请参考图3(c)-(d)，其显示该多芯光纤于不同径向轴A、B的折射率变化示意图。本实施例的卫星光纤扮演类似W-index型态的色散补偿光纤(dispersion compensation fiber，可参考相关技术论文如(F.J.L.Auguste,and J.M.Blondy,"Design of dispersion-compensating fibers based on a dual-concentric-core photonic crystal fiber,"Opt.Lett.29,2725-2727(2004).；B.J.Mangan,J.Arriaga,T.A.Birks,J.C.Knight,and P.St.J.Russell,"Fundamental-mode cutoff in a photonic crystal fiber with a depressed-index core,"Opt.Lett.26,1469-1471(2001).)，使长波长的有效折射率更为发散而达到更高的色散补偿。共振波长随波长更长、更宽的渐逝场而移动更快，此现象在周围液体的折射率更大时更为明显。
[0025]本实施例的多芯光纤的纤维直径为5.62μm，包覆层(cladding)外径为124.5μm，模场(mode field)直径为6μm，第二模截止波长(cut off wavelength)为1342nm，数值孔径
(numerical aperture)为0.2。本实施例的光纤折射率与包覆层折射率于波长1550nm下的折射率为1.4578～1.4607及1.444。
[0026]请配合参考图1～3，使用多个超亮激光(multiple super luminescent diodes(SLD))波长介于1250～1650nm为光源导入中心光纤，通过上述的拉锥制程，该多芯光纤产生强耦本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学参数感测暨调制系统，其特征在于，包含一多芯光纤以及分别连接于该多芯光纤两端的一光源以及一光谱分析仪，该光源输出光至该多芯光纤，使该光谱分析仪测得光通过该多芯光纤于各波长的穿透损失响应。2.如权利要求1的光学参数感测暨调制系统，其特征在于，该多芯光纤包含一中心光纤以及多个环绕于该中心光纤的卫星光纤，于一拉锥制程后形成強耦合状态并露出渐逝场。3.如权利要求1或2所述光学参数感测暨调制系统，其特征在于经研磨、蚀刻等方法漏出渐逝场。4.如权利要求1或2所述光学参数感测暨调制系统，其特征在于多芯光纤渐逝场外部加结构，选自一高分子聚合物、一双折射物质、一光子晶体物质、一等离子体物质、一光吸收物物质、一光非线性物质、一生物物质、一金属物质、一光增益物质、一液晶、一光二维材料、一色散材料、一电磁敏感物质、一半导体材料、一热敏物质或一声光物质。5.如权利要求1或2所述光学参数感测暨调制系统，其特征在于多芯光纤渐逝场表面刻蚀结构，选自一光子晶体结构、一周期结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈南光，田振，张丽强，闫栋，王大琴，王明红，白成林，王文军，
申请(专利权)人：聊城大学，
类型：发明
国别省市：