[发明专利]一种基于Loyt-Sagnac干涉仪的灵敏度增强型传感器

说明书

本发明公开了一种基于Loyt‑Sagnac干涉仪的灵敏度增强型传感器，其特性在于,宽带光源1发射出激光光束经过光隔离器2进入耦合器3；耦合器将光波分成两束沿相反方向传输的波，其中顺时针方向传输的光分别通过环路中的第一偏振控制器4、参考光纤5、单模光纤6、第二偏振控制器7和传感光纤8；而逆时针方向传输的光分别经过传感光纤8、第二偏振控制器7、单模光纤6、参考光纤5和第一偏振控制器4；参考光纤与传感光纤的长度相差10％；两束光经过环路后再次到达耦合器3相干输出，输出光经光谱分析仪9接收后进行后续分析。本发明的新型干涉仪结构利用两段长度不同的高双折射光纤(参考光纤5和传感光纤8)产生游标效应，能够有效提高测量精度；其结构简单，易于制作，成本低，在高精度的物理量传感方面有着潜在应用。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于Loyt-Sagnac干涉仪结构的灵敏度增强型传感器。

背景技术

随着光纤技术的发展，光纤Sagnac干涉仪在光纤通信和光纤传感领域的作用越来越重要。光纤Sagnac干涉仪具有结构简单，可靠性强，抗电磁干扰，精度高等优点，近年来在光纤传感领域有着广泛的应用。基于干涉技术的光纤传感器在各种物理量测量中有广泛的应用，包括压力、应力、温度、电流和扭曲传感等。其主要结构包括MZ干涉仪、Michelson干涉仪和Sagnac干涉仪。基于干涉技术的光纤传感器，传感结构更加灵活、灵敏度高，是传感器的一个重要研究方向。

将一段高双折射光纤置于Sagnac环中构成基于高双折射光纤Sagnac干涉仪，该结构能够进行传感应用。目前国内外也有很多关于基于高双折射光纤Sagnac环的光线传感器的研究和报道。在1977年Starodumov等人将它用于温度传感、Delarosa在近红外光谱里将它用于温度传感，同年Campbell等将它用于应力传感。2004年出现了基于保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪传感器，这种结构的传感器对温度不敏感；2008年Da-Peng Zhou等人提出了用光纤布拉格和高双折射光纤连接后加入Sagnac环中来同时区分温度和应变。以上的基于Sagnac环的传感器灵敏度受结构的影响不能再大幅提升。

发明内容

鉴于现有技术的以上不足，本发明的目的是提供一种基于Loyt-Sagnac干涉仪灵敏度增强型传感器结构，使之能大幅提高传感物理量的灵敏度，它是通过以下的技术方案实现的：

基于Loyt-Sagnac干涉仪的灵敏度增强型传感器：宽带光源1发射出激光光束经过光隔离器2进入耦合器3；耦合器将光波分成两束沿相反方向传输的波，其中顺时针方向传输的光分别通过环路中的第一偏振控制器4、参考光纤5、单模光纤6、第二偏振控制器7和传感光纤8；而逆时针方向传输的光分别经过传感光纤8、第二偏振控制器7、单模光纤6、参考光纤5和第一偏振控制器4；参考光纤与传感光纤的长度相差10％；两束光经过环路后再次到达耦合器3相干输出，输出光经光谱分析仪9接收后进行后续分析。

本发明的关键部分为Loyt-Sagnac环，是一个由耦合器、两个PC和两段长度相差10％的高双折射光纤组成。宽带光源发出的光经光隔离器进入耦合器，耦合器将光波分成两束沿相反方向传输的波，分别通过环路中的偏振控制器和高双折射光纤再次到达耦合器，相干输出。对于普通单段高双折射光纤Sagnac环，其输出光谱的自由频谱范围(fsr)为：

fsr＝λ²/BL

其中B和L分别为高双折射光纤的双折射和长度，λ为工作波长。Loyt-Sagnac环的输出光谱的包络周期为：