多模光纤干扰器制造技术

一种光学装置，所述光学装置包括：多模光纤（１６），其用于传送单模激光（１２）；随机化器（１８），其用于将所述光纤支持的空间模式随机化；以及用于将随机化的空间模式平均化以恢复单一空间模式的装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多模光纤干扰器本专利技术涉及一种经由多模光纤并且优选长距离传输单模光的系统和 方法。具体地，本专利技术涉及在远程和/或不友好的环境下使用的光纤耦合气 体传感器系统。
技术介绍
光纤已经在诸如通信的用途中被用作长距离传输光的介质。最近，近红外线(IR)光纤已经被用于气体传感用途，以将光以管输送到难以接近或 不友好的场所。这允许利用多点远程气体传感技术。这种基于激光的气体 传感技术通常使用单模激光源提供高灵敏度和高分辨率的测量。为了保持 该光源的光谱性能，激光输出必须通过单模光纤传输。近来，如WO03087787中所述，量子级联激光器己经在气体传感用途 中使用，WO03087787的内容通过引用结合在此。与中红外中的光谱转变 相关的横截面增加，可以提供显著提高的检测灵敏度。然而，由于与单模 中红外光纤相关的过度损耗，基于光纤的中红外传感器通常不用于气体传 感用途。出现许多这样的损耗的原因是单模光纤很窄，例如具有约5-10^im 的芯直径，这使得难以有效地将光耦合到光纤中。相反，多模光纤通常具 有400-500pm的芯径。然而，单模激光经由多模光纤传输导致支持(support) 多个空间模式。这些空间模式通常在检测器处干涉，从而产生光干涉噪音。专利技术概述根据本专利技术的一个方面，提供一种光学装置(arrangement)，所述光学 装置包括多模光纤，其用于承载单模激光；随机化器(randomiser)，其用 于将被所述光纤支持的空间模式随机化；以及平均化装置，其用于将随机 化的空间模式平均化，从而恢复单一空间模式。优选地，随机化器可操作.用于引起光纤的空间振荡。所述多模光纤的 快速空间振荡将光纤所支持的空间模式随机化。通过信号平均化，可以在5检测器处重新组合随机化的空间模式，并且恢复所述激光的单一空间模式 性质。本专利技术可以用于许多实际应用，但是在一个优选实施方案中，它用于 气体传感器，所述气体传感器包括激光器，优选地包括单模激光器，用于 从激光器向目标区和/或从目标区传输光的多模光纤、用于将所述光纤支持 的空间模式随机化的随机化器；用于检测已经通过目标区的光的检测器， 以及用于将随机化的空间模式平均化以恢复所述单一空间模式的平均化 装置。通过信号平均化，可以在检测器将随机化的空间模重组，并且恢复激光的单一空间模式性质。因此，防止了引入光干涉噪音，并且保持了传感器的高灵敏度。这允许多模光纤在灵敏的气体传感器用途中使用，从而避 免通常与单模光纤相关的高损耗，并且提供用于在难以接近/不友好的场所中多点远程检测的能力。随机化器可以是用于引起光纤的空间振荡的任何适合的装置。例如， 随机化器可以是能被操作以沿着光纤引起物理扰动的干扰器。例如，干扰 器可以包括具有偏心重量的DC电动机、平板激励器和压电电动机中的任何一个或多个。由干扰器引起的空间振荡的频率可以在1 Hz至10kHz的 范围内。优选地，所述激光源是啁啾激光器。在这种情况下，由波长啁啾本身 提供的波长变化用于提供波长扫描。因此，例如无需使用叠加在脉冲串上 的慢DC电流斜坡来调谐光谱区内的有效发射线宽。这意味着采样速率可 以很高，并且可以非常快速地进行全谱分析。所述啁啾激光器可以是半导体激光器，例如，半导体二极管激光器。 啁啾光是通过对半导体二极管激光器施加一个或一串基本上阶跃函数的 电脉冲以使激光器输出一个或多个脉冲而产生的，所述脉冲的每一个具有 连续波长啁啾，用于注入到光学池(opticalcell)中。激光器可以是量子级联 激光器。每个施加的脉冲具有大于150ns，特别是大于200ns的持续时间。每 个施加的脉冲可以具有在150 ns至300ns，优选200 ns至300ns的范围内 的持续时间。这可以提供约60GHz的调谐范围。每个检测的脉冲可以具有大于150ns，特别是大于200ns的持续时间。 优选地，每个检测的脉冲具有在150 ns至300ns，优选200 ns至300ns的 范围内的持续时间。附图简述现在将仅通过举例并且参考附图描述本专利技术的各个方面，所述附图中附图说明图1是第一种气体传感器的示意图，并且图2是第二种气体传感器的示意图。 附图详述图1显示了一种多模光纤量子级联气体或粒子传感器10。该传感器具 有单一模式的量子级联激光器12，在其输出端具有用于将光聚焦到多模光 纤16中的凸透镜14。沿着其长度的是用于在空间上干扰光纤16的机构 18。在该实例中，机构18是具有偏心重的DC电动机，但是可以使用快 速移动光纤的其它机构，例如平板激励器、压电电动机。在多模光纤16 的输出端的是将光经由样品区域24向检测器22聚焦的凸透镜20。样品 区域24可以是被安置成使得光单程通过的开放的池(open cell)构造， 或者是光在出射之前多次通过其中的池。在WO03087787中描述了各种量 子级联气体传感器和适合的样品池构造的具体实例的说明，WO03087787 的内容通过引用结合在此。在使用中，将阶跃函数电脉冲施加到量子级联激光器12以使其输出 连续的波长啁啾。每个施加的脉冲具有大于150ns，特别是大于200ns的 持续时间，以及在150ns至300ns、理想地200 ns至300ns的范围内的持 续时间。将连续的波长啁啾注入光纤中，使得它通过样品区域并且进入检 测器。由每一个啁啾所提供的波长变化被用作脉冲内扫描，该脉冲内扫描 可以用于识别样品区域中的气体。与使波长啁啾通过光纤16同步地，干扰器机构18被用于引起光纤的 快速空间振荡，这些振荡通常具有在l或2Hz至lOkHz的范围内的频率。 这具有将光纤16所支持的空间模式随机化的效应。通过对适合的时间间隔和适合数量的样品进行信号平均化，可以将随机化的空间模在检测器 22重组。用于平均化的时间间隔必须被选择以确保能够显著地随机化，并且通常是几个ms至几秒。通常，在100至1000个之间的样品足以将随机 化空间模式的效应平均化，因此可以恢复激光的单一空间模式性质。如例 如WO03087787中所述，可以使用恢复的信号检测或者识别样品区域24 中的气体。通常地，这包括将所检测的信号与已知材料的一个或多个指纹 比较。通过将空间模随机化，防止了由多模光纤16引起的光干涉噪音的引 入，并且可以保持传感器的高灵敏度，同时避免对单模光纤的需要。此外， 经由多模光纤干扰快速改变了通过自由空间行进的传播光束的干涉图样， 这种能力允许消除由例如窗口或由闪烁/扰动之类的外部来源产生的光干 涉噪音。这在其中干扰噪音严重影响系统的根本性能的开路气体传感以及 自由空间电信方面具有显著的影响。本专利技术提供多个实用优点。具体地，它允许在需要单模性能的应用中 使用多模光纤。多模光纤提供允许多个激光波长被一个载体传输的宽带覆 盖率。这显著地减少了激光基传感应用的光纤以及安装成本。采用多模光 纤使得耦合和传输损耗更低，这允许相对较长距离的光纤传播，从而提供 多点远程检测的可能性。此外，可以利用多模光纤的大的芯径来显著降低 激光器和光纤本身之间的光-机械对准公差。这降低了激光器和光纤的封装 成本，并且提供显著提高仪器鲁棒性(robustness)的可能性。因为气体传感 器通常位于不友好或恶劣的环境中，因此这是一个明显的优点。技术人员应理解，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学装置，所述光学装置包括：多模光纤，其用于承载单模激光；随机化器，其用于将由所述光纤支持的空间模式随机化；以及平均化装置，其用于将随机化的空间模式平均化，从而恢复单一空间模式。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊恩豪伊森，迈克尔麦卡洛克，
申请(专利权)人：卡斯卡德技术有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]