[发明专利]偏振光纤传感器

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种偏振光纤传感器，属于光电子技术领域。

背景技术

光纤传感器能嵌入到特殊结构中，比如桥梁、大坝、山体、建筑物、船舶、飞机、贮存器等实体中检测以确定健康、维护需求、寿命和其它特性。实体中光纤传感器的信息可告知用户检测空间的温度、应力和扭曲足以导致使结构的完整性受到怀疑的程度，是否经受起多的循环变化，或是否具有其它健康或性能问题在内的信息。光纤传感器具有超长的工作寿命和较低的运行和维护成本，故光纤传感器在实际应用中发挥越来越重要的作用。

将光纤传感器嵌入到结构中去监测，大量使用分布式方法，分布式光纤传感器是光纤智能蒙皮(Smart skin)技术发展的基础之一，其研究受到各国普遍关注。通常用于检测损伤的分布方法有光纤光时域反射(OTDR，POTDR)法、光相干域反射(OCDR)法、光频域反射(OFDR)、调频载波(FMCW)法、光纤布拉格光栅(FBG)法和偏振模耦合法，而且已经实现于众多的商业应用中。光纤光时域反射(OTDR)拉曼、布里渊可分布测量结构的温度变化，光纤光时域反射(OTDR)瑞利可分布测量结构的应力、扭曲变化来达到结构健康监测目的，但反射光强极其微弱，在处理信号之前须多次平均，后端信号处理极其复杂且设备昂贵，属于静态检测。POTDR是在OTDR基础上发展起来的技术，与OTDR相似，它需要高功率短脉冲技术，且其空间分辨率较低；FMCW技术实质上是一种OFDR技术，可以获得比POTDR高的空间分辨率但受频率扫描非线性限制；OCDR可以获得高的空间分辨和大的距离动态范围，但是它需要将光束经过迈克尔逊空间干涉光路后耦合入光纤，因而给耦合带来一定困难。光纤布拉格光栅传感器是快速的准分布式检测系统，也是测量温变、应变，但不能检测不重合或不直接施加到含有布拉格光栅的光纤区域的所施加的应变。

由强内应力方法制成的单模保偏光纤，如熊猫型保偏光纤有很强的线性双折射。在通常情况下所形成的两个线偏振模HE_x¹¹模和HE_y¹¹模的偏振状态基本不变，光纤有大的消光比。但是当光纤受到外部因素例如温度、压力或扭曲等的作用时，光纤内部折射率的变化，从而导致上述两种模式的耦合变化。这样在光纤中传输的线偏振光的偏振状态也将随之发生变化，使消光比降低。偏振模的偏振干涉即可确定光纤受温度、压力或扭曲等的作用点位置与作用量，实际情况如中国发明专利“200580039773.X”，文献(刘永智，李尚俊，周元庆，分布式光纤应力传感器的空间分辨率与灵敏度，半导体光电，Vol21No.1，16-19，2000)。他们均用迈克耳孙(Michelson)干涉仪作干涉器解调，但迈克耳孙干涉仪的引入带来新的问题，由于迈克耳孙干涉仪行程不大导致测量距离不远，迈克耳孙干涉仪行程不能归零会产生测量盲区，而且迈克耳孙干涉仪操作比较复杂，测量时间较长。

发明内容