[发明专利]一种基于级联Sagnac干涉仪的折射率测量方法

说明书

本发明提供了一种基于级联Sagnac干涉仪的折射率测量方法，所述方法包括如下步骤：a)搭建所述级联Sagnac干涉仪测量系统，所述系统包括宽带光源泵浦源、第一掺杂稀土元素光纤、第二掺杂稀土元素光纤、一支波分复用器、第一光耦合器、第二光耦合器、第一光纤Sagnac环、隔离器、第二光纤Sagnac环、光谱仪；b)将第一光纤Sagnac环和第二光纤Sagnac环与可控折射率的折射率溶液中，进行折射率标定；c)逐渐增加折射率的大小，光谱仪采集第二光纤Sagnac环输出的光谱，记录梳状谱移动的长度，拟合梳状谱波长偏移随折射率变化的关系曲线；d)将标定好的折射率测量系统置于待测折射率溶液中；e)利用所拟合的梳状谱波长偏移随折射率变化的关系曲线对待测折射率溶液进行测量。

技术领域

本发明涉及光纤干涉领域，特别涉及一种基于级联Sagnac干涉仪的折射率测量方法。

背景技术

通常，光纤化的传感器具有结构紧凑、使用寿命长、对测试量敏感、传输信道多等优势广泛地应用于光纤传感、光纤通信、光学加工等领域。通过光纤端面微加工技术或搭建具有干涉结构的全光纤传感器，在泵浦源作用下，输出具有梳状谱图样的干涉谱曲线。2011年范林勇等人设计了一种基于双芯光纤的马赫-曾德干涉仪，应用于磁场、温度和应变量的测量，干涉条纹衬幅比约为10dBm，条纹间隔约为2nm。2013年邹卉等人用两支3dB耦合器制成马赫-曾德干涉系统，结合双芯光纤，构成双级结构的马赫-曾德干涉仪，条纹衬幅比约为30dBm。光纤马赫-曾德干涉仪具有结构简单、条纹衬比度高、梳状谱密集等优势，常被用于光纤传感领域。

然而，此种方法测量折射率的精度并不是很高，不能满足一些高精度场合的需求。级联Sagnac干涉仪结构简单且易于实现，该结构由两个光纤Sagnac环组成熔接在两段掺杂稀土元素光纤中，掺杂稀土光纤也被用作为传感器的增益介质。因此，需要一种能有利用基于级联Sagnac干涉仪精确测量折射率大小的系统和方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于级联Sagnac干涉仪折射率测量的方法，在一个方面，本发明所述的测量方法包括如下步骤：

a)搭建所述级联Sagnac干涉仪测量系统，所述系统包括依次连接的宽带光源泵浦源、第一掺杂稀土元素光纤、第二掺杂稀土元素光纤、一支波分复用器、第一光纤Sagnac环、隔离器、第二光纤Sagnac环、光谱仪；

b)将第一光纤Sagnac环和第二光纤Sagnac环置于可控折射率的折射率溶液，进行折射率标定；

c)逐渐增加折射率的大小，光谱仪采集第二光纤Sagnac环输出的光谱，记录梳状谱移动的长度，拟合梳状谱波长偏移随折射率变化的关系曲线；

d)将标定好的折射率测量系统置于待测折射率溶液中；

e)利用所拟合的梳状谱波长偏移随折射率变化的关系曲线对待测折射率溶液进行测量。

在一个方面，所述的测量方法，所述第一光纤Sagnac环包括保偏光纤、偏振控制器，所述第二光纤Sagnac环包括保偏光纤、偏振控制器；所述第一光纤Sagnac环与第一掺杂稀土元素光纤通过第一光耦合器连接，所述第二光纤Sagnac环与第二掺杂稀土元素光纤通过第二光耦合器连接。

在一个方面，所述的测量方法，经过所述第一光纤Sagnac环射出的光进入第二光纤Sagnac环进行二次过滤。

在一个方面，所述的测量方法，所述步骤a)中连接方式为熔接连接。

在一个方面，所述的测量方法，所述步骤c)中增加折射率大小的方法为增加溶液元素离子半径、增加或降低溶液的浓度。

在一个方面，所述的测量方法，所述掺杂稀土元素光纤作为光纤传感器的增益介质。

在一个方面，所述的测量方法，所述的波分复用器对泵浦光进行耦合，所述耦合后的泵浦光进入所述掺杂光纤。