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专利名称：有源光子晶体光纤压力测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及压力测量，特别涉及利用有源光纤的强度调制实现压力测量，即有源光子晶体光纤压力测量装置，具体讲涉及有源光子晶体光纤压力测量装置。
背景技术：
光子晶体光纤激光器中，光子在谐振腔里往返震荡，增加了光与待检测物质的相互作用时间和作用长度，与一般宽带光源相比，提高了传感波长的信噪比和光功率，因此能够检测出样品材料的光学性质的微小变化，具有更高的灵敏度。这种建立于激光腔内的特殊传感检测技术可以应用在一大批非常规传感检测领域，特别是生物、化学领域。但现有技术普遍存在灵敏度仍不高、斜率因子不十分稳定等缺点。

发明内容
为克服现有技术的不足，提供一种光强波动小、灵敏度高、斜率因子稳定的光纤压力传感器，为达到上述目的，本发明采用的技术方案是有源光子晶体光纤压力测量装置， 包括半导体激光器用于产生激光；光纤耦合透镜组、起偏器用于将半导体激光器中激光转换为偏振光并耦合进掺镱光子晶体保偏光纤中，光纤耦合透镜组由平凸球面镜、显微物镜构成，起偏器设置在平凸球面镜和显微物镜之间；半导体激光器光纤谐振腔二色镜紧贴掺镱保偏光子晶体光纤泵浦端面作为前腔镜，二色镜光入射面镀有975nm的高透膜，出射面镀有1064nm的高反膜，垂直切割的掺镱保偏光子晶体光纤的断面形成4%的菲涅尔反射结构，形成后腔镜；掺镱保偏光子晶体光纤用于被施加压力后导致光矢量的方向发生偏转，从而使得输出光功率发生变化；后腔镜经检偏器输出到功率计。975nm高透膜透射率> 95%，1064nm高反膜反射率=99.8%。本发明可带来如下效果本发明采用光纤激光器和光纤传感器共容的方式，激光器中的光很容易耦合到传感器中，因而本发明有较高的效率；本发明采用光纤激光器作为传感器的优质光源，自身也可作为传感器，因而本发明稳定性可靠、紧凑小巧、重量轻和光束质量好，在传感中有着广阔的应用；本发明采用有源内腔这种新机理进行传感，灵敏度高。


图1是有源光子晶体光纤压力传感系统结构图。其中1.半导体激光器；2.平凸透镜；3.起偏器；4.显微物镜；5.激光器前腔；6.双包层掺镱光子晶体保偏光纤；7.激光器后腔(垂直切割PCF端面，4%菲涅尔反射)；8.检偏器；9.功率计。
具体实施例方式本发明中，传感区是光纤激光器腔的本身，光纤包层采用特殊材料制作，添加两个横向应力区，从而产生双折射，由于弹光效应外界压力作用在腔上会改变光纤的双折射，输出光的偏振态发生改变。两个偏振模会产生不同的有效折射率。传感器的灵敏度依赖于光纤的双折射和激光的输出带宽。基于激光腔的压力传感器适合于外界干扰引起光纤双折射改变的场合。可以测量多种物理量的变化，这类传感器有很多优点光强波动小、灵敏度高、斜率因子稳定等。为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种有源光子晶体光纤压力传感器及其使用方法，通过对光强大小的调制实现对压力的远程检测。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是掺镱光子晶体光纤压力传感器由半导体激光器、光纤耦合透镜组、起偏器、掺镱光子晶体保偏光纤、输入输出平面全反镜、检偏器、功率计组成。光纤耦合透镜组主要将LD半导体激光器中激光转换为偏振光并耦合进掺镱光子晶体保偏光纤中。所述的半导体激光器为带尾纤输出连续半导体激光器，尾纤直径400um，数值孔径为0. 2，输出中心波长为975nm，最大泵浦电流为5A，对应泵浦功率为30W。所述的光纤耦合透镜组合为平凸球面镜、显微物镜。所述的光纤谐振腔组成为用二色镜紧贴光纤泵浦端面作为前腔镜，该二色镜光入射面镀有975nm的高透膜(T > 95% )，出射面镀有1064nm的高反膜(R = 99. 8% )，垂直切割的PCF端面(光入射到折射率不同的两种媒质分界面时一部分光会发生反射，这种反射为菲涅尔反射，光纤端面的菲涅尔反射大约为4% )作为后腔镜。所述的掺镱保偏光子晶体光纤为CRYSTAL FIBER公司生产的DC_70_ 11-PM-Yb， 该光纤纤芯直径为11 士 Ιμπι，内包层直径70 士 3μπι，外包层直径170士5 μ m，涂覆层直径 300 士 20 μ m，模场直径 12士 Ιμπι。有源光子晶体光纤压力传感器的使用方法，借助于权利要求1所述的传感器实现，包括以下过程输出经过偏振器，加载于光纤上的压力发生变化会导致输出光强的变化。本发明有效率高、稳定性可靠、紧凑小巧、重量轻和光束质量好等优异性能。本发明采用光纤激光器和光纤传感器共容的方式，激光器中的光很容易耦合到传感器中。本发明采用光纤激光器作为传感器的优质光源，自身也可作为传感器，在传感中有着广阔的应用。本发明采用有源内腔这种新机理进行传感，灵敏度高。本发明采用不受电磁信号干扰的全光学手段检测，抗干扰能力强；采用化学惰性器件传感，抗化学腐蚀能力强。本发明的目的在于提供一种有源光子晶体光纤压力传感器及方法；采用该装置及方法可以获得更高的灵敏度。本发明通过以下技术方案加以实现，一束自然光通过偏振器后，出射线偏光矢量的振动方向是由偏振器决定，使从起偏器出射的光通过一检偏器，则透过两偏振器后的光强I随两器件透光轴的夹角θ而变化，由马吕斯定律得I = I0Cos2 θ其技术特征在于，该传感器包括两片偏振片，功率计，光纤耦合系统，半导体泵浦激光器。本发明的具体技术方案如下1. LD作为泵浦源，5和7组成激光器的前后腔镜，3 作为起偏器，首先调节检偏器使得通过的光功率最大，由于双折射作用，在有源光子晶体保偏光纤上施加压力后会导致光矢量的方向发生偏转，从而使得输出光功率发生变化。本发明的优点为结构简单，信号光质量好。
权利要求
1.一种有源光子晶体光纤压力测量装置，其特征是，包括 半导体激光器用于产生激光；光纤耦合透镜组、起偏器用于将半导体激光器中激光转换为偏振光并耦合进掺镱光子晶体保偏光纤中，光纤耦合透镜组由平凸球面镜、显微物镜构成，起偏器设置在平凸球面镜和显微物镜之间；半导体激光器光纤谐振腔二色镜紧贴掺镱保偏光子晶体光纤泵浦端面作为前腔镜， 二色镜光入射面镀有975nm的高透膜，出射面镀有1064nm的高反膜，垂直切割的掺镱保偏光子晶体光纤的断面形成4%的菲涅尔反射结构，形成后腔镜；掺镱保偏光子晶体光纤用于被施加压力后导致光矢量的方向发生偏转，从而使得输出光功率发生变化；后腔镜经检偏器输出到功率计。
2.如权利要求1所述的装置，其特征是，975nm高透膜透射率>95%，1064nm高反膜反射率=998% ο
全文摘要
本发明涉及光纤传感压力测量。为提供一种光强波动小、灵敏度高、斜率因子稳定的光纤压力传感器，本发明采用的技术方案是有源光子晶体光纤压力测量装置，包括半导体激光器用于产生激光；光纤耦合透镜组、起偏器用于将半导体激光器中激光转换为偏振光并耦合进掺镱光子晶体保偏光纤中；半导体激光器光纤谐振腔二色镜紧贴掺镱保偏光子晶体光纤泵浦端面作为前腔镜，垂直切割的掺镱保偏光子晶体光纤的断面形成4％的菲涅尔反射结构，形成后腔镜；掺镱保偏光子晶体光纤；后腔镜经检偏器输出到功率计。本发明主要应用于压力检测。
文档编号G01L1/24GK102353486SQ201110189929
公开日2012年2月15日 申请日期2011年7月7日 优先权日2011年7月7日
发明者周睿, 姚建铨, 王若琪, 陆颖, 黄晓慧 申请人:天津大学