[发明专利]一种基于Mach-Zehnder干涉的光纤传感器及方法

权利要求书

1.一种基于Mach-Zehnder干涉的光纤传感器，其特征在于，包括依次连接的输入单模光纤、第一微弯曲锥型光纤、第二微弯曲锥型光纤和输出单模光纤；所述第一微弯曲锥型光纤与第二微弯曲锥型光纤的尖锥部拼接形成S型；

光通过所述的输入单模光纤的纤芯传输到所述的第一微弯曲锥型光纤中，光在所述的第一微弯曲锥型光纤中传播分为两部分，一部分光沿第一微弯曲锥型光纤的纤芯以基模传播，另一部分光由第一微弯曲锥型光纤的纤芯耦合进入第一微弯曲锥型光纤的包层激发为高阶模传播；光经过第一微弯曲锥型光纤传播至第二微弯曲锥型光纤；第二微弯曲锥型光纤中以高阶模传播的光由第二微弯曲锥型光纤的包层耦合进入第二微弯曲锥型光纤的纤芯，并与第二微弯曲锥型光纤的纤芯中以基模传播的光干涉形成干涉光，干涉光经过输出单模光纤输出。

2.根据权利要求1所述的一种基于Mach-Zehnder干涉的光纤传感器，其特征在于，输入单模光纤与第一微弯曲锥型光纤、第二微弯曲锥型光纤和输出单模光纤的弯曲角度为30度至60度。

3.根据权利要求1所述的一种基于Mach-Zehnder干涉的光纤传感器，其特征在于，输入单模光纤、第一微弯曲锥型光纤、第二微弯曲锥型光纤和输出单模光纤为通信单模光纤或者细径单模光纤或者单模光子晶体光纤。

4.根据权利要求1所述的一种基于Mach-Zehnder干涉的光纤传感器，其特征在于，所述第一微弯曲锥型光纤的纤芯与第二微弯曲锥型光纤的纤芯错位熔接；所述高阶模包括锥区激发的高阶模和错位激发的高阶模。

5.一种基于Mach-Zehnder干涉的光纤传感器的制作方法，其特征在于，包括：

对两单模光纤预处理并进行错位熔接，获得熔接光纤；

通过光谱分析仪对熔接光纤进行检测，获得透射光谱的消光比、自由光谱以及光强符合设定范围的合格熔接光纤；

将合格熔接光纤的一端连接宽带光源，另一输出端连接光谱频率分析仪，通过光谱频率分析仪检测透射光谱的变化情况；

对合格熔接光纤的熔接处放电熔融并进行加热，拉伸和扭曲合格熔接光纤的熔接处形成S型，获取透射光谱符合设定范围的光纤传感器；

对S型的光纤传感器进行抗溶液折射干扰检测和抗应力干扰检测，获得合格的光纤传感器。

6.根据权利要求1所述的一种基于Mach-Zehnder干涉的光纤传感器的制作方法，其特征在于，对两单模光纤预处理的方法包括：用光纤剥皮钳分别剥去两根单模光纤一端的涂覆层，用脱脂棉蘸取酒精后反复擦拭上述两根单模光纤上已剥去涂覆层的部分以去除涂覆层的残余物，再用光纤切割刀分别切割上述两根单模光纤被剥去涂覆层一端的端面，使得端面平整。

7.根据权利要求6所述的一种基于Mach-Zehnder干涉的光纤传感器的制作方法，其特征在于，对预处理后两单模光纤进行错位熔接的方法包括：

两根单模光纤被剥去涂覆层的一端分别放置在光纤熔接机里的两个光纤夹具上并固定；

在水平方向上移动光纤夹具形成错位的状态，利用光纤熔接机将两根单模光纤进行纤错位熔接到一起。

8.根据权利要求1所述的一种基于Mach-Zehnder干涉的光纤传感器的制作方法，其特征在于，透射光谱的光强计算公式为：

公式中，I_m是第m阶模式的光强；I_n是第n阶模式的光强；是第m阶模式和第n阶模式的相位差，I是干涉光的光强。

9.根据权利要求1所述的一种基于Mach-Zehnder干涉的光纤传感器的制作方法，其特征在于，对S型的光纤传感器进行溶液折射率检测的方法包括：

将光纤传感器平直固定于玻璃片上；

将光纤传感器的一端连接宽带光源，另一输出端连接光谱频率分析仪；

将玻璃片依次放置于甘油浓度递增的水混合溶液内，通过光谱频率分析仪检测透射光谱的变化情况，获得溶液折射率符合设定范围的光纤传感器。

10.根据权利要求1所述的一种基于Mach-Zehnder干涉的光纤传感器的制作方法，其特征在于，对S型的光纤传感器进行抗应力干扰检测的方法包括：

将光纤传感器的两端分别固定在微操作台上；

将光纤传感器的一端连接宽带光源，另一输出端连接光谱频率分析仪；

通过调节光纤传感器一端的微位移平台给光纤传感器施加应力，逐步增加施加应力至设定值，通过光谱频率分析仪检测透射光谱的变化情况，获得溶液折射率符合设定范围的光纤传感器。