[发明专利]基于三芯光纤的并行Michelson集成式干涉仪

说明书

本发明提供的是一种基于三芯光纤的并行Michelson集成式干涉仪。其特征是：它由光源4、单模光纤5、光纤环行器6、光探测器7‑1/7‑2、三芯光纤扇入‑扇出器件8、三芯光纤1以及三芯光纤上的倾斜光栅1‑4/1‑5/1‑6和反射端面1‑7组成。所述系统中光束由单模光纤引出，经过光纤环形器和三芯光纤扇入‑扇出器件后，输入三芯光纤的第一纤芯。经过三个45倾斜光栅和反射端面的作用，三芯光纤的两个纤芯通道可构成三光束干涉仪和双光束干涉仪。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基于三芯光纤的并行Michelson集成式干涉仪，属于光纤集成器件技术领域。

(二)背景技术

光纤Michelson干涉仪在光纤传感领域具有广泛的应用。普通的光纤Michelson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，经过光纤各自的反射端后原路返回，再次经过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Michelson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CN100406841C提出一种基于单模双芯光纤的Michelson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。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。

文献提出一种基于三芯光纤的集成式Michelson干涉仪，用于高灵敏度的矢量弯曲传感器。(ZHANG,Shaoxian,et al.Highly sensitive vector curvature sensor basedon a triple-core fiber interferometer.OSA Continuum,2019,2.6:1953-1963.)同样的，三芯光纤采用的分束方法为拉锥耦合，影响光纤的机械强度，稳定性较差。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种基于三芯光纤的并行Michelson集成式干涉仪。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于三芯光纤的并行Michelson集成式干涉仪。它由光源4、单模光纤5、光纤环行器6、光探测器7-1/7-2、三芯光纤扇入-扇出器件8、三芯光纤1以及三芯光纤上的倾斜光栅1-4/1-5/1-6和反射端面1-7组成。所述系统中光束由单模光纤5从光源4引出，经过光纤环形器6和三芯光纤扇入-扇出器件8后，输入三芯光纤的第一纤芯1-1。三芯光纤1上的45度倾斜光栅起到分束的作用，反射端面1-7起到反射光束的作用。光束在三个45度倾斜光栅和反射端面的作用下反向传输，最终通过三芯光纤扇入-扇出器件的第一通道8-1和第二通道8-2输出，由光探测器7-1/7-2接收。

其中，光探测器7-1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→透过第一45度倾斜光栅1-4→端面1-7反射→透过第一45度倾斜光栅1-4→扇入-扇出器件第一通道8-1。

(2)第一纤芯1-1→被第一45度倾斜光栅1-4反射→被第二45度倾斜光栅1-5反射到第二纤芯1-2传输→端面1-7反射→原路返回至扇入-扇出器件第一通道8-1。

(3)第一纤芯1-1→被第一45度倾斜光栅1-4反射→透过第二45度倾斜光栅1-5→被第三45度倾斜光栅1-6反射到第三纤芯1-3传输→端面1-7反射→原路返回至扇入-扇出器件第一通道8-1。