[发明专利]使用具有多种光传播模式的单芯的感测光纤确定形状参数的方法和装置

权利要求书

1.一种用于感测光纤的光学询问系统，所述系统包括：

干涉度量装置，其用于在预定波长范围内探测所述感测光纤的单芯，所述单芯具有多种光传播模式，并且检测与在所述范围中的每个预定波长的所述单芯的所述多种光传播模式相关联的测量干涉度量数据，所述干涉度量装置包括：

多个干涉仪，其包括具有对应的多个单芯单模光纤的阵列的多个参考分支和多个测量分支，以及

可调谐激光器，用于生成所述预定波长范围内的光，

其中，所述对应的多个单芯单模光纤的阵列中的每个光纤具有不同的光学延迟；以及

数据处理电路，其被配置为:

处理与所述单芯的所述多种光传播模式相关联的所述测量干涉度量数据，以确定所述感测光纤的所述光传播模式之间的耦合系数，

基于所述耦合系数，计算横截面折射率扰动，以及

基于所述横截面折射率扰动中的变化，确定所述感测光纤的应变、弯曲和扭曲参数。

2.根据权利要求1所述的光学询问系统，其中，所述干涉度量装置还包括：

准直器，其用于准直来自所述单芯的光并将光去准直到所述单芯；以及

微透镜阵列，其用于接收来自所述准直器的经准直的光并将其聚焦到所述对应的多个单芯单模光纤的阵列上。

3.根据权利要求1所述的光学询问系统，其中，所述不同的光学延迟产生出现在所述对应的多个单芯单模光纤的阵列中的不同阵列上的多个耦合项。

4.根据权利要求1所述的光学询问系统，其中所述数据处理电路进一步被配置为：

基于所述应变、弯曲和扭曲参数，确定所述感测光纤的形状。

5.根据权利要求1所述的光学询问系统，其中，所述单芯包括随着应用于所述感测光纤的弯曲、应变和扭曲而变化的光栅图案，以及其中，所述横截面折射率扰动对应于所述光栅图案中的变化。

6.根据权利要求5所述的光学询问系统，其中，所述光栅图案由写入所述单芯中的重叠倾斜光栅产生。

7.根据权利要求1所述的光学询问系统，其中，耦合系数对应于所述感测光纤的前向传播光传播模式和后向散射光传播模式之间的耦合。

8.根据权利要求1所述的光学询问系统，其中，所述干涉度量装置被配置为测量所述耦合系数的相位和幅度，并且其中，所述数据处理电路被配置为确定所述耦合系数的测量的相位和幅度与所述耦合系数的预定的基线相位和幅度之间的差异。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的光学询问系统，其中，所述单芯包括将所述多种光传播模式的数量限制在预定数量以下的形状，同时提供对所述扭曲参数的预定灵敏度。

10.根据权利要求9所述的光学询问系统，其中，所述单芯的横截面是环形的。

11.根据权利要求10所述的光学询问系统，其中，所述单芯的半径允许少于40种模式的光沿着所述单芯传播。

12.根据权利要求9所述的光学询问系统，其中，所述单芯是实心芯。

13.根据权利要求12所述的光学询问系统，其中，所述实心芯的半径允许少于六种模式的光沿着所述单芯传播。