[发明专利]正交倾斜三芯光纤光栅并行集成Mach-Zehnder干涉仪

说明书

本发明提供的是一种正交倾斜三芯光纤光栅并行Mach‑Zehnder干涉仪。其特征是：它由光源5、三芯光纤扇入器件6、扇出器件7、光探测器8‑1/8‑2、三芯光纤1以及三芯光纤上的三对正交的45度倾斜光栅组成。三芯光纤上的45度倾斜光栅能够使纤芯内传输到光栅上的光一部分被反射，另一部分被透射，因此起到分束、合束的作用。光束在三对正交的45度倾斜光栅的分束、合束作用下，形成并行的两路Mach‑Zehnder干涉仪。本发明可用于折射率测量、弯曲测量等传感应用领域。

(一)技术领域

本发明涉及的是一种正交倾斜三芯光纤光栅并行集成Mach-Zehnder干涉仪，属于光纤集成器件技术领域。

(二)背景技术

光纤Mach-Zehnder干涉仪在光纤传感领域具有广泛的应用。普通的光纤Mach-Zehnder干涉仪是由两根独立的光纤构成。通常光源发出的光经过一个3dB光纤耦合器后，被分成两束，分别耦合到两个独立的光纤臂中，再经过另一个3dB光纤耦合器合束，实现干涉。这种分立光纤的干涉仪由于两个光束在不同光纤中传输，两臂之间的光程差受环境振动、温度等因素的影响大，导致光纤干涉仪传感器信号解调的不稳定。

集成于同一根光纤中的Mach-Zehnder干涉仪不但极大地缩小了干涉仪的体积，使得系统更加简化、紧凑，还具有很好的稳定性，避免了各个可动部件之间由于装配、固定和调整带来的变化和不一致。并且两个干涉臂处于同一根光纤中，环境温度对两臂的影响近似相同，因此能够实现两臂光程的自动补偿。专利CN100470280提出一种基于单模双芯光纤的Mach-Zehnder干涉仪，该干涉仪是通过单模光纤与双芯光纤焊接并拉锥的方式将光束耦合进两个纤芯当中，形成两个干涉臂。专利号CN101846492B提出一种双F-P腔与Mach-Zehnder组合干涉仪，提高了干涉仪的灵敏度，但同样采用加热拉锥的方式实现光路的分束耦合。这种拉锥耦合分束方式需要将光纤拉细，这影响了光纤的机械强度，并且拉锥耦合区的分光比受外界环境的影响大，导致干涉信号的不稳定。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种正交倾斜三芯光纤光栅并行集成Mach-Zehnder干涉仪。

本发明的目的是这样实现的：

一种正交倾斜三芯光纤光栅并行Mach-Zehnder干涉仪。它由光源5、两个三芯光纤扇入器件6、扇出器件7、光探测器8-1/8-2、三芯光纤1以及三芯光纤上的三对正交的45度倾斜光栅组成。所述系统中光束由三芯光纤扇入器件的第一通道6-1输入三芯光纤的第一纤芯1-1。三芯光纤上的45度倾斜光栅能够使纤芯内传输到光栅上的光一部分被反射，另一部分被透射，因此起到分束、合束的作用。光束在三对正交的45度倾斜光栅的分束、合束作用下，形成并行的两路Mach-Zehnder干涉仪，最终通过三芯光纤扇出器件7输出，分别由光探测器8-1和8-2接收。

其中，光探测器8-1接收到的光强为三光束干涉，三光束的路径分别为：

(1)第一纤芯1-1内传输→透过+45度倾斜光栅2-1→透过-45度倾斜光栅2-4→扇出器件第一通道7-1→光探测器8-1。

(2)第一纤芯1-1内传输→被+45度倾斜光栅2-1反射→被+45度倾斜光栅2-2反射到第二纤芯1-2传输→被-45度倾斜光栅2-5反射→被-45度倾斜光栅2-4反射至第一纤芯1-1传输→扇出器件第一通道7-1→光探测器8-1。

(3)第一纤芯1-1内传输→被+45度倾斜光栅2-1反射→透过+45度倾斜光栅2-2→被+45度倾斜光栅2-3反射到第三纤芯1-3传输→被-45度倾斜光栅2-6反射→透过-45度倾斜光栅2-5→被-45度倾斜光栅2-4反射至第一纤芯1-1传输→扇出器件第一通道7-1→光探测器8-1。

光探测器7-2接收到的光强为双光束干涉，双光束的路径分别为：