一种非线性干涉型的弯曲度传感器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种非线性干涉型的弯曲度传感器，包括泵浦光，种子光，光纤参量放大器（包含两个粗波分复用器和一个色散位移光纤），弯曲度传感元件，单模光纤，光电探测器和示波器等。其中光纤参量放大器的特征是泵浦光波长（1550 nm）位于色散位移光纤的反常色散区，可以满足相位匹配条件，因此光纤中四波混频效应可以发生。当第一个光纤参量放大器闲频光输出端单模光纤的弯曲度改变时，闲频光的部分光强逸出到包层中，从而改变了第二个光纤参量放大器输出端的干涉条纹对比度，进而可以获得光强最大值和干涉条纹对比度与弯曲度的对应关系，最终实现了更高灵敏度的弯曲度传感。最终实现了更高灵敏度的弯曲度传感。最终实现了更高灵敏度的弯曲度传感。

【技术实现步骤摘要】
一种非线性干涉型的弯曲度传感器


[0001]本技术提供了一种非线性干涉型的弯曲度传感器，属于光纤传感


技术介绍

[0002]由于传统的线性光纤干涉仪测量灵敏度受限于散粒噪声极限，因此为了实现更高灵敏度的传感就需要借助于量子技术，也就是利用非线性干涉仪，它与线性干涉仪最大的不同就是：它利用非线性介质如光纤参量放大器(FOPA)代替传统的线性分束器，通过输入相干态即可实现灵敏度的大幅度提高。
[0003]本技术利用的是光纤中的四波混频效应，它是由光学三阶非线性效应引起的参量放大过程。它的过程可以描述如下：如果两个带有不同频率分量的光束在光纤中同向传播，假设这两个输入频率分量为v1和v2，在相位匹配的情况下则会产生两个新的频率分量v3、v4，且它们之间满足能量守恒关系:v3+v4＝v1+v2。
[0004]非线性干涉仪可以应用于多个传感领域如弯曲度传感，弯曲度传感就是利用光纤受到弯曲时，一部分的纤芯能量会逸出到包层中从而导致其传输光强的损耗，通过测量纤芯能量的变化导致一些参量的改变(如光强最大值和干涉条纹对比度)来测量弯曲度的一种技术。由于在技术实现上比较简单，因此在实际应用中十分广泛。

技术实现思路

[0005]本技术的目的在于解决现有线性干涉仪测量灵敏度受限于散粒噪声极限的问题，提供一种非线性干涉型的弯曲度传感器。
[0006]本技术采用的技术方案如下：
[0007]一种非线性干涉型弯曲度传感器，包括两束泵浦光，种子光，两个光纤参量放大器，弯曲度传感元件，单模光纤，光电探测器，示波器；其连接方式为：由泵浦光一和种子光注入第一个光纤参量放大器，第一个光纤参量放大器输出闲频光通道的单模光纤经弯曲处理，即形成所述弯曲度传感元件，第一个光纤参量放大器输出的信号光和通过弯曲度传感元件后的闲频光以及泵浦光二注入到第二个光纤参量放大器中，第二个光纤参量放大器输出端信号光和闲频光均通过光电探测器连接示波器，通过分析显示在示波器上的光强最大值和干涉条纹对比度的变化可实现弯曲度检测。
[0008]上述技术方案中，所述的光纤参量放大器由两个粗波分复用器和位于中间的一个色散位移光纤构成，因为泵浦光的波长1550nm位于色散位移光纤的反常色散区，可以满足四波混频的相位匹配条件。
[0009]本技术与现有技术相比的有益效果是：
[0010]1.当利用输出光光强最大值实现弯曲度传感时相比于线性干涉型弯曲度传感器也具有更高的灵敏度，在0-500m-1
灵敏度实现了5.855-5.928倍的提升。
[0011]2.该传感器中使用了两束光(信号光和闲频光)，并将它们有机的结合起来，在0-194.232m-1
时利用FOPA2输出端的信号光，在194.232-500m-1
利用FOPA2输出端的闲频光，因
此可满足对大范围弯曲度的精确测量。
附图说明
[0012]为了更清楚地说明本技术实施实例或技术方案，下面结合附图对本技术作进一步说明。
[0013]图1为本技术的实施应用系统示意图。其中，1：泵浦光一；2：种子光；3、5、8、10：粗波分复用器；4、9：色散位移光纤；6：弯曲度传感元件；7：泵浦光二；11、12：光电探测器；13：示波器。
[0014]图2为本技术传感器的原理分析示意图，其中：(a)：FOPA1和FOPA2组成非线性干涉仪。(b)：图为弯曲度传感元件示意图，弯曲部分弦长为2L，弦高为d。
[0015]图3为线性干涉型弯曲度传感器(Beamsplitter(BS)+Beamsplitter(BS)结构)原理示意图。
[0016]图4为在G1＝4,G2＝3.5，FOPA2输出端(信号光和闲频光)最大光强、线性干涉仪输出端最大光强和损耗对曲率的依赖关系，其中：虚线、点划线和实线(黄色)分别为FOPA2输出端信号光、FOPA2输出端闲频光和线性干涉仪输出端的最大光强对曲率的依赖关系；点线为损耗对曲率的依赖关系；实线(黑色)为闲频光最大光强和线性干涉仪输出端最大光强的比值。
[0017]图5为在G1＝4,G2＝3.5，FOPA2输出端(信号光和闲频光)最大光强和线性干涉仪输出端的最大光强的一阶导数对曲率的依赖关系，其中：虚线、点划线和实线分别为FOPA2输出端信号光最大光强、FOPA2输出端闲频光最大光强和线性干涉仪输出端最大光强的一阶导数对曲率的依赖关系。
[0018]图6为在G1＝4,G2＝3.5下，FOPA2输出端(信号光和闲频光)、线性干涉仪输出端的干涉条纹对比度和损耗对曲率的依赖关系，其中：(a):虚线、点划线和实线分别为FOPA2输出端信号光、FOPA2输出端闲频光和线性干涉仪输出端的干涉条纹对比度对曲率的依赖关系，点线为损耗对曲率的依赖关系。(b):(a)的局部放大图。
[0019]图7为在G1＝4,G2＝3.5下，FOPA2输出端(信号光和闲频光)和线性干涉仪输出端的干涉条纹对比度一阶导数对曲率的依赖关系，其中：(a):虚线、实线和点划线分别为FOPA2输出端信号光、线性干涉仪输出端和FOPA2输出端闲频光的干涉条纹对比度一阶导数对曲率的依赖关系。(b):(a)的局部放大图。
具体实施方式
[0020]下面结合具体实例和附图对本技术作进一步描述：
[0021]如图1所示，是本技术非线性干涉型的弯曲度传感器的一种具体装置，以下仅以该例对本技术的原理做阐示和说明，但该例并非对本技术的范围的限定。在该例中，传感器包括：泵浦光一1；种子光2；粗波分复用器3、5、8、10；色散位移光纤4、9；弯曲度传感元件6；泵浦光二7；光电探测器11、12；示波器13。其中，粗波分复用器3、色散位移光纤4、粗波分复用器5构成参量放大器FOPA1；粗波分复用器8、色散位移光纤9、粗波分复用器10构成参量放大器FOPA2；弯曲度传感元件是由两个光纤夹持器和一根单模光纤组成，通过改变两光纤夹持器间的距离实现单模光纤弯曲度的改变。其连接方式为：由泵浦光一1和种子
光2注入FOPA1，FOPA1输出闲频光通过弯曲度传感元件6后和FOPA1输出的信号光以及泵浦光二7注入FOPA2，FOPA2输出端信号光和闲频光均通过光电探测器11、12连接示波器13进行光强最大值和干涉条纹对比度分析。
[0022]原理分析：
[0023]本技术的总体结构原理示例如图2。通过将种子光和泵浦光p1注入到FOPA1中，经四波混频后产生两束输出光(信号光闲频光)，可描述为
[0024][0025]使FOPA1闲频光通过弯曲度传感元件(弯曲损耗为S)，则再经FOPA2后得到两束输出光(信号光闲频光)，可描述为
[0026][0027]其中，FOPA1是非相敏的，而FOPA2是相位敏感的，因此这里考虑相位因子exp(iθ)。
[0028]由粒子数计算公式得为注入种子光光强。故
[0029][0030本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非线性干涉型的弯曲度传感器，其特征在于，包括两束泵浦光，种子光，两个光纤参量放大器，弯曲度传感元件，单模光纤，光电探测器，示波器；其连接方式为：由泵浦光一和种子光注入第一个光纤参量放大器，第一个光纤参量放大器输出闲频光通道的单模光纤弯曲即构成所述的弯曲度传感元件，第一个光纤参量放大器输出的信号光和通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪智豪，王海龙，赵春柳，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：