[发明专利]正交偏振光纤光栅矢量扭转传感装置及其检测方法

权利要求书

1.正交偏振光纤光栅矢量扭转传感装置，其特征在于：包括VCSEL光源（1）、偏振处理单元、传感探头、正交偏振解调处理单元以及光纤环形器/耦合器（2），所述偏振处理单元、传感探头和正交偏振解调处理单元通过光纤环形器/耦合器（2）连接；其中，

所述偏振处理单元包括起偏器（3）和偏振控制器（4），所述VCSEL光源（1）、起偏器（3）和偏振控制器（4）依次连接；

所述传感探头包括单模光纤（5）、可扭转作用于单模光纤（5）的光纤扭转器（6）以及一端固定于光纤扭转器（6）且另一端悬空的保偏光纤探头（7），所述保偏光纤探头（7）包括保偏光纤（8）和写制于保偏光纤（8）内的保偏光纤光栅（9），所述单模光纤（5）与保偏光纤（8）纤芯准直熔接，在单模光纤（5）与保偏光纤（8）熔接处形成的单模-保偏光纤熔接点（10）位于保偏光纤光栅（9）前端；

所述正交偏振解调处理单元包括偏振分束器（11）、第一光强探测器（12）、第二光强探测器（13）以及矢量分析模块（14），所述第一光强探测器（10）和第二光强探测器（11）分别与偏振分束器（11）的输出端连接，所述第一光强探测器（10）和第二光强探测器（11）还分别与矢量分析模块（14）连接。

2.根据权利要求1所述的正交偏振光纤光栅矢量扭转传感装置及其检测方法，其特征在于：所述VCSEL光源（1）通过电流驱动，其输出光谱带宽为1~2nm，输出光谱中心波长与保偏光纤光栅（9）纤芯模波长匹配。

3.根据权利要求1所述的正交偏振光纤光栅矢量扭转传感装置及其检测方法，其特征在于：所述光纤扭转器（6）为一个均质、对称、各向同性且横截面是同心圆的空心弹性体，其采用合金的材质制成。

4.根据权利要求2所述的正交偏振光纤光栅矢量扭转传感装置及其检测方法，其特征在于：所述光纤扭转器（6）与保偏光纤探头（7）固定的一端为扭转端，其采用合金的弹性材料制成。

5.根据权利要求1-3任一项所述的正交偏振光纤光栅矢量扭转传感装置及其检测方法，其特征在于：所述光纤扭转器（6）与单模-保偏光纤熔接点（10）之间的间距小于5mm。

6.根据权利要求1-3任一项所述的正交偏振光纤光栅矢量扭转传感装置及其检测方法，其特征在于：所述单模-保偏光纤熔接点（10）与保偏光纤光栅（9）之间的间距小于2mm。

7.根据权利要求1-3任一项所述的正交偏振光纤光栅矢量扭转传感装置及其检测方法，其特征在于：所述保偏光纤光栅（9）为保偏光纤布拉格光栅，其长度小于10mm。

8.基于权利要求1所述扭转传感装置的检测方法，其特征在于包括以下步骤：

1）电流驱动VCSEL光源（1）输出入射光，入射光经过起偏器（3）转变成偏振光，由偏振控制器对偏振光的偏振方向进行调节，使偏振光的偏振方向与保偏光纤偏振方向相一致；

2）偏振光通过光纤环形器/耦合器（2）到达单模光纤（5）内，再经过保偏光纤光栅（9）纤芯模反射，形成具有两个相互正交的偏振态的反射偏振光，传输回单模光纤（5），再次进入光纤环形器/耦合器（2），然后输出至正交偏振解调处理单元，由偏振分束器（11）将偏振光的两个偏振态的正交分量分开，通过第一光强探测器（12）和第二光强探测器（13）分别探测偏振光的两个偏振态的反射能量强度；

3）此时，光纤扭转器（6）扭转作用于单模光纤（5），使单模光纤（5）的扭转角度发生变化，光纤扭转器（6）产生的扭转应变使进入保偏光纤光栅（9）的偏振光偏振方向发生改变，导致反射偏振光的两个偏振态的正交分量也发生变化；

4）通过第一光强探测器（12）和第二光强探测器（13）分别探测变化后偏振光的两个偏振态的反射能量强度，通过矢量分析模块（14）对两个偏振态的正交分量进行矢量合成，确定扭转的角度和方向。

9.根据权利要求8所述的扭转传感装置的检测方法，其特征在于：所述反射偏振光形成的反射光谱为具有一定波长间隔的双峰，该双峰分别对应两个偏振态。

10.根据权利要求8或9所述的扭转传感装置的检测方法，其特征在于：步骤4）所述通过矢量分析模块（14）对两个偏振态的正交分量进行矢量合成是先进行归一化，后采用拟合曲线进行合成。