一种基于自由曲面离轴反射的光纤传感系统及测量方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于自由曲面离轴反射的光纤传感系统及测量方法，传感系统包括：连续激光器、基于自由曲面的离轴两反光学系统、光纤传感器、与光纤传感器输出端连接的光谱仪，以及与光谱仪连接的上位机；所述连续激光器发射的激光，经基于自由曲面的离轴两反光学系统的反射与聚焦后，耦合至光纤传感器，所述光纤传感器为硫系光子晶体光纤传感器，光纤传感器的包层内设有多个空气孔，空气孔以传感器的纤芯为中心均匀分布。本发明专利技术将离轴自由曲面应用于四波混频光纤传感系统，改变传统的以共轴为基础的光纤检测装置，提高耦合效率；传感机理基于四波混频参量增益带宽的变化，提高了光纤传感系统的实用性与传感灵敏度。传感系统的实用性与传感灵敏度。传感系统的实用性与传感灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自由曲面离轴反射的光纤传感系统及测量方法


[0001]本专利技术涉及光学设计
，尤其涉及一种基于自由曲面离轴反射的光纤传感系统及测量方法。

技术介绍

[0002]随着工业生产的飞速发展，对于高灵敏度、小型化、实用性强的光纤传感系统的要求越来越高。传统的光纤传感系统基于同轴光路，对于有光路转折需求的场景无法开展有效测量，如油井检测、海洋检测、隧道检测等方面。如今离轴反射光学系统正愈发引起研究人员的关注。这类系统一般由多片离轴反射镜组成，不具备全局的旋转对称性，没有统一的光轴。然而，非旋转对称的离轴反射光学系统天然地存在一系列非对称像差，像差存在无法使光线完美聚焦于一点，而这些像差通常无法由传统的球面或非球面来校正。
[0003]自由曲面是一种非旋转对称的非传统光学曲面，有助于实现指标先进、结构紧凑、体积小巧的高性能系统设计，而且具有校正离轴系统非对称像差的能力，目前，现有技术中没有将自由曲面应用于光纤传感系统的先例；四波混频过程起源于介质中的束缚电子对外部电磁场的非线性响应，是非线性光学中光波互相调制的一种现象。传统以四波混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自由曲面离轴反射的光纤传感系统，其特征在于，包括：连续激光器、基于自由曲面的离轴两反光学系统、光纤传感器、与光纤传感器输出端连接的光谱仪，以及与光谱仪连接的上位机；所述连续激光器发射的激光，经基于自由曲面的离轴两反光学系统的反射与聚焦后，耦合至光纤传感器，所述光纤传感器为硫系光子晶体光纤传感器，光纤传感器的包层内设有多个空气孔，空气孔以传感器的纤芯为中心均匀分布。2.根据权利要求1所述的一种基于自由曲面离轴反射的光纤传感系统，其特征在于，所述基于自由曲面的离轴两反光学系统包括主反射镜及次反射镜，所述主反射镜为双曲面，次反射镜为XY多项式自由曲面。3.根据权利要求1所述的一种基于自由曲面离轴反射的光纤传感系统，其特征在于，所述基于自由曲面的离轴两反光学系统，工作波段为3000nm～5000nm，有效焦距范围为5mm～10mm，且该光学系统关于YOZ平面对称。4.根据权利要求2所述的一种基于自由曲面离轴反射的光纤传感系统，其特征在于，所述主反射镜半径范围为-20mm～-70mm，非球面系数的范围为-2～-8；所述次反射镜的半径范围为10mm～20mm，非球面系数的范围为-5～-10。5.根据权利要求1所述的一种基于自由曲面离轴反射的光纤传感系统，其特征在于，所述光纤传感器的纤芯和包层材料相同，材料中各元素摩尔比为，Ge:Sb:S＝23:12:65。6.根据权利要求1所述的一种基于自由曲面离...

【专利技术属性】
技术研发人员：程同蕾，陈晓雨，李曙光，闫欣，张学楠，王方，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：