一种基于光纤线内的法布里-珀罗（FP）阵列干涉仪的制作方法

本发明提供了一种基于光纤线内的法布里-珀罗（fp）阵列干涉仪，属于光纤传感技术领域。

背景技术：

光纤传感器灵敏度高、兼容性好已成为一种备受青睐的传感方式。基于光纤线内的法布里-珀罗（f-p）干涉仪因紧凑的空间、简洁反射式的结构，使之成为光纤传感器的优选结构，然而其输出光谱的各个波峰之间的（或波谷）的强度相差不大，这就限制了它在自由光谱内的测量范围。为了增大光纤传感器的测量范围，人们提出了双重干涉级联的结构，这种级联结构因光程差（opd）改变使得光谱包络发生变化，虽然该结构对光谱主波峰（或主波谷）的识别有一定程度改善，但是大部分双干涉结构都是由两种不同的结构或材料组合而成，这就使传感系统变得复杂而且增大了加工难度。尽管飞秒激光可以达到制作工艺的要求，但要使级联结构的传感器能在一个较宽的光谱区间实现主波峰（或主波谷）的区分度显著提高仍是个难题。对于高温传感器来说，优化主波峰（或主波谷）的区分度尤为重要，因为监测温度变化范围很大，传感器件的工作波段区域大幅增加，而且信号光波的强度可能会受到剧烈的扰动。因此，迫切需要一种有效提高主波峰（或主波谷）区分度的高温传感器来应对恶劣环境。

技术实现要素：

本发明针对现有技术不足，提供一种基于光纤线内由一系列平行且等间距的反射镜面组成的法布里-珀罗（fp）干涉阵列，反射镜面是在飞秒激光诱导下使光纤折射率发生变化产生的。本发明具有结构紧凑、制造简单、光谱主波峰区分度极高、机械强度高和成本低等优点，可用于高温测量。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：一种基于光纤线内由一系列平行且等间距的反射镜面组成的法布里-珀罗（fp）干涉阵列，包括宽带光源，传感头，环形器，光谱分析仪。其中传感头由单模光纤或多模光纤构成，其特征在于：用飞秒激光在光纤里刻写，得到一系列垂直穿过纤芯、平行且等间距的的反射镜面，其中反射镜面间距变化范围3-30μm;反射镜面数目(n个)变化范围20-200个，光纤端面切割成楔形，以消除端面反射干扰，每两个相邻反射镜面可以构成一个法布里-珀罗（fp）干涉仪，所有反射镜面构成法布里-珀罗（fp）干涉阵列传感头。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1、传感头选用价格低廉的普通单模光纤或多模光纤制备，具有成本低，制作简单的优点。

2、传感头对高温检测稳定性好，可重复使用。

3、传感头反馈光谱的主峰区分度极高，不会因外界剧烈的扰动而受到明显影响，特别适合于高温及恶劣环境中参数的监测。

4、传感装置温度测量量程大，灵敏度较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的实施应用系统示意图。

图2为本发明传感头示意图。

图3为样品1的光谱图。

图4为样品2的光谱图。

图5为样品3的光谱图。

图中,1.宽带光源，2.环形器，3.传感头，4.光谱分析仪，5.光纤，5a.光纤纤芯，

5b.光纤包层，6.反射镜面，7.反射镜面，8.反射镜面，9.反射镜面，10.反射镜面，11.反射镜面，12.反射镜面，13.楔形端面。

具体实施方式

下面结合附图及实施实例对本发明作进一步描述：

图1所示为本发明的实施应用系统示意图，包括宽带光源1、环形器2、传感头3、光谱分析仪4。其连接方式为：环形器2有三个接口端，分别为：光源进口端，光源出口端，反馈端。进口端与宽带光源1连接，出口端与传感头3连接，反馈端和光谱分析仪4相连接。

图2所示为本发明传感头3的结构示意图，所述的传感头3，由光纤5、第一个反射镜面6、第二个反射镜面7、第三个反射镜面8......第n-2个反射镜面10、第n-1个反射镜面11、第n个反射镜面12和楔形端面13构成，光纤5包括光纤纤芯5a，光纤包层5b。

图3所示为本发明样品1的光谱图。

图4所示为本发明样品2的光谱图。

图5所示为本发明样品3的光谱图。

所述传感头的制作方法及步骤是：第一步：利用切割刀切割出一个楔形端面13；第二步：利用飞秒激光在光纤内刻写出垂直穿过纤芯的第一个反射镜面6；第三步：沿着纤芯的方向平移一段距离，刻写出平行于第一个反射镜面6的第二个反射镜面7；第四步：在沿着纤芯的方向平移相同的一段距离，刻写出平行于反射镜面7的第三个反射镜面8；第五步：在沿着纤芯的方向再平移相同的一段距离，刻写出平行于反射镜面8的第四个反射镜面9，保持相同的操作刻写一系列平行且等间距的反射镜面，它们的形状与大小完全一致。在制作过程中，我们可以改变反射镜面间的距离（变化范围3-30μm）及反射镜数目（变化范围20-200个）来改变传感头的反射谱。其中飞秒激光刻写的能量为500nj，扫描速度为10μm/s。不同的材质的光纤可通过调节能量大小及扫描速度达到最佳效果。

结合图1，2，介绍具体的工作原理：由宽带光源1发出的光经环形器2到达传感头3，该光束在3中，首先到达第一个反射镜面6时，光被分成两部分：一部分被反射镜面6反射而原路返回；其余部分继续沿光纤纤芯传播并到达第二个反射镜面7。第二个反射镜面7发生的情况与第一个反射镜面6相同，光又被分成两部分：一部分被反射镜面7反射而原路返回；其余部分继续沿光纤纤芯传播并到达第三个反射镜面8。第三个反射镜面8发生的情况与第一个反射镜面6也相同，光又被分成两部分：一部分被反射镜面8反射而原路返回；其余部分继续沿光纤纤芯传播并到达第四个反射镜面9。依次类推，当光束到达第n个反射镜面13时，光被分成两部分：一部分被反射镜面13反射而原路返回；其余部分继续沿光纤纤芯传播但不再原路返回。由于每两个反射镜面可以构成一个法布里-珀罗（fp）干涉仪，第一个反射镜面6与第二个反射镜面7形成一个fp；第二个反射镜面7与第三个反射镜面8形成一个fp；第三个反射镜面8与第四个反射镜面9形成一个fp；依次类推，从而形成一系列法布里-珀罗（fp）干涉的叠加。

由于版面篇幅所限，附图区并未将传感头所有镜面全部标出，且仅展示了部分不同参数样品的光谱图：

图3为样品1的光谱图，其参数为：镜面间隔为9μm；镜面数目50个。

图4为样品2的光谱图，其参数为：镜面间隔为12μm；镜面数目60个。

图5为样品3的光谱图，其参数为：镜面间隔为15μm；镜面数目60个。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应被理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。