本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域，具體涉及一種利用纖芯失配干涉結(jié)構(gòu)對溫度進(jìn)行測量的方法。

背景技術(shù)：

全光纖化的傳感器具有結(jié)構(gòu)緊湊、使用壽命長、對測試量敏感、傳輸信道多等優(yōu)勢廣泛地應(yīng)用于光纖傳感、光纖通信、光學(xué)加工等領(lǐng)域。通過光纖端面微加工技術(shù)或搭建具有干涉結(jié)構(gòu)的全光纖傳感器，在泵浦源作用下，輸出具有梳狀譜圖樣的干涉譜曲線。細(xì)芯光纖馬赫-曾德光纖傳感器結(jié)構(gòu)簡單且易于實現(xiàn)，該結(jié)構(gòu)由一段細(xì)芯光纖熔接在兩段芯徑相對較粗的摻雜稀土光纖中，摻雜稀土光纖也被用作為傳感器的增益介質(zhì)。隨著光纖傳感技術(shù)的發(fā)展，測量溫度的光纖傳感器有很多種，2011年范林勇等人設(shè)計了一種基于雙芯光纖的馬赫-曾德干涉儀，應(yīng)用于溫度和應(yīng)變量的測量，干涉條紋襯幅比約為10dBm，條紋間隔約為2nm。2013年鄒卉等人用兩支3dB耦合器制成馬赫-曾德干涉系統(tǒng)，結(jié)合雙芯光纖，構(gòu)成雙級結(jié)構(gòu)的馬赫-曾德干涉儀，條紋襯幅比約為30dBm。光纖馬赫-曾德干涉儀具有結(jié)構(gòu)簡單、條紋襯比度高、梳狀譜密集等優(yōu)勢，常被用于光纖傳感領(lǐng)域。但這些光纖傳感器都有缺點，在實際運用中受到限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種利用纖芯失配干涉結(jié)構(gòu)測量溫度的方法，所述方法包括如下步驟：a)搭建纖芯錯位熔接干涉結(jié)構(gòu)，所述纖芯錯位熔接干涉結(jié)構(gòu)包括依次連接的泵浦源，波分復(fù)用器，增益光纖，第一單模光纖，第二單模光纖，第三單模光纖和光譜分析儀；b)對第一單模光纖，第二單模光纖和第三單模光纖進(jìn)行光纖錯位熔接；c)測量待測溫控裝置的外界溫度：將第一單模光纖、第二單模光纖和第三單模光纖與溫控裝置組合為一體，根據(jù)不同溫度時波谷處的波長值的變化，記錄梳狀譜移動的長度，得到梳狀譜隨溫度的變化曲線，選取測量點波長，此時光譜波長曲線發(fā)生漂移，根據(jù)漂移量通過以下公式可以推斷出外界溫度：Y＝aX-b，其中X為溫度，Y為變化波長，a，b為常數(shù)。

優(yōu)選地，所述步驟c)中的計算是根據(jù)已標(biāo)定的所述纖芯失配結(jié)構(gòu)的波長漂移和感受器所受到的溫度之間的關(guān)系曲線，讀取所測量的纖芯失配結(jié)構(gòu)的波長所對應(yīng)的外界溫度。

優(yōu)選地，通過將纖芯失配結(jié)構(gòu)置于已知的溫度條件下，來標(biāo)定所述纖芯失配結(jié)構(gòu)的波長漂移與溫度變化之間的關(guān)系曲線。

優(yōu)選地，所述第一單模光纖的輸出端與第二單模光纖的輸入端通過錯位熔接結(jié)構(gòu)連接，第二單模光纖的輸出端與第三單模光纖的輸入端通過錯位熔接結(jié)構(gòu)連接。

優(yōu)選地，所述步驟b)中單模光纖的徑向錯位距離為3～4μm。

優(yōu)選地，所述單模光纖的徑向錯位距離為3.6μm。

優(yōu)選地，所述第二單模光纖的長度為9cm。

應(yīng)當(dāng)理解，前述大體的描述和后續(xù)詳盡的描述均為示例性說明和解釋，并不應(yīng)當(dāng)用作對本發(fā)明所要求保護(hù)內(nèi)容的限制。

附圖說明

參考隨附的附圖，本發(fā)明更多的目的、功能和優(yōu)點將通過本發(fā)明實施方式的如下描述得以闡明，其中：

圖1為纖芯失配結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2根據(jù)本發(fā)明的測量溫度的纖芯失配干涉儀的示意圖；

圖3為單模光纖錯位熔接的影像圖；

圖4是單模光纖不同錯位量的透射譜圖；

圖5為標(biāo)定過程中，光纖梳狀譜發(fā)生紅移或藍(lán)移的示意圖；

圖6為標(biāo)定過程中，光纖梳狀譜隨溫度變化的曲線。

具體實施方式

纖芯失配就是光纖熔接時纖芯不匹配，根據(jù)纖芯失配原理，纖芯失配干涉結(jié)構(gòu)是一種結(jié)構(gòu)特殊的馬赫-曾德干涉儀。在單模-多模-單模(Single mode-Multi mode-Single mode，SMS)結(jié)構(gòu)(如圖1所示)中輸入端單模光纖將入射光耦合入纖芯錯位的單模光纖中，多模光纖調(diào)制后將入射光經(jīng)由輸出端單模光纖引出，光波模式沿光導(dǎo)纖維傳輸，在傳輸方向上會出現(xiàn)光強隨多模光纖長度的改變而周期性變化的現(xiàn)象，甚至在多模光纖內(nèi)出現(xiàn)與入射光場幾乎相同的光場分布，這就是多模光纖中的模式干涉效應(yīng)，也叫模間干涉，由于在一根光纖就能實現(xiàn)多種模式之間的干涉，簡化了光路，使結(jié)構(gòu)更加緊湊，而且損耗低、不受外界干擾，具有很好的發(fā)展前景。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的利用纖芯失配干涉結(jié)構(gòu)測量溫度的纖芯失配干涉儀結(jié)構(gòu)的示意圖，搭建如圖2所示的纖芯失配干涉結(jié)構(gòu)，包括依次連接的泵浦源201，波分復(fù)用器(WDM)202，增益光纖203，第一單模光纖(SMF)204，第二單模光纖205，第三單模光纖206和光譜分析儀207。泵浦源201的輸出端依次連接波分復(fù)用器(WDM)202和增益光纖203，增益光纖203與第一單模光纖204的輸入端連接，第一單模光纖204的輸出端與第二單模光纖205的輸入端通過錯位熔接結(jié)構(gòu)連接，第二單模光纖205的輸出端與第三單模光纖206的輸入端通過錯位熔接結(jié)構(gòu)連接，第三單模光纖206的輸出端與光譜分析儀207連接。

根據(jù)本發(fā)明的利用纖芯失配干涉結(jié)構(gòu)測量溫度的纖芯失配干涉結(jié)構(gòu)的工作原理如下：

首先，對第一單模光纖204，第二單模光纖205和第三單模光纖206進(jìn)行光纖錯位熔接。圖3為單模光纖錯位熔接的影像圖。光纖錯位熔接時，錯位量是按照由小到大的順序逐步調(diào)整的，圖4是不同錯位量的透射譜，觀察透射譜發(fā)現(xiàn)，當(dāng)錯位量過小時，沒有明顯的模間干涉現(xiàn)象產(chǎn)生，如圖4a所示，這是因為傳輸光由第一單模光纖耦合進(jìn)入第二單模光纖(長度為9cm)時，大部分的光通過纖芯傳播，只有很小一部分耦合到了包層中，在第三單模光纖中相遇時干涉效果不明顯；當(dāng)錯位量合適時，光纖中的模式就會發(fā)生變化，模式變化導(dǎo)致產(chǎn)生不同的干涉結(jié)果，隨著錯位量的增加，干涉現(xiàn)象逐漸明顯；當(dāng)錯位量過大時，由于光纖熔接處的損耗很大，模間干涉現(xiàn)象同樣不明顯，如圖4c所示。本發(fā)明中所采用的光纖的纖芯/包層的尺寸為10/125μm，錯位較少時，由前端纖芯注入后端包層中的光較弱，干涉現(xiàn)象不明顯；錯位較大時，前端纖芯注入后端包層中的光較強，但纖芯中光較弱，干涉現(xiàn)象受到影響；徑向錯位距離為3～4μm時，前端纖芯注入后端包層和纖芯中的光強度相近，因此有最佳的效果，圖如4b所示。當(dāng)?shù)谝粏文９饫w和第二單模光纖熔接錯位距離與第二單模光纖和第三單模光纖的熔接錯位距離相同時獲得的實驗效果最好。

其次，對纖芯失配干涉結(jié)構(gòu)進(jìn)行溫度標(biāo)定，標(biāo)定過程如下：將第一單模光纖、第二單模光纖和第三單模光纖與溫控裝置組合為一體，在溫度變化條件下，引起傳感器發(fā)生相應(yīng)膨脹或收縮變化，從而導(dǎo)致梳狀譜發(fā)生紅移或藍(lán)移(如圖5所示)，根據(jù)不同溫度時波谷處的波長值的變化，可以得到傳感器對外界溫度條件變化的靈敏度，

隨著溫度的增加，梳狀濾波器的傳輸譜向短波方向移動。通過逐漸增加溫度的大小，記錄梳狀譜移動的長度，得到梳狀譜隨溫度的變化曲線，其示意圖如圖6所示。選取測量點波長，此時光譜波長曲線發(fā)生漂移，根據(jù)漂移量通過以下公式可以推斷出外界溫度：

Y＝aX-b，

其中X為溫度，Y為變化波長，a，b為常數(shù)。

最終，通過譜線漂移與溫度之間的關(guān)系曲線對外界溫度進(jìn)行測量。利用溫度標(biāo)定曲線，確定傳感器所受到的溫度。

結(jié)合這里披露的本發(fā)明的說明和實踐，本發(fā)明的其他實施例對于本領(lǐng)域技術(shù)人員都是易于想到和理解的。說明和實施例僅被認(rèn)為是示例性的，本發(fā)明的真正范圍和主旨均由權(quán)利要求所限定。