專利名稱：基于激光回饋的光纖傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光學儀器領域，尤其涉及光纖傳感器。
背景技術：
近幾年來光纖傳感技術得到了巨大發(fā)展，并廣泛應用于工業(yè)、國防、科研等領域。這一技術擴展了光纖技術的應用領域，帶動了社會的科技發(fā)展。
光纖傳感器有多種類型，常見的有強度調(diào)制型光纖傳感器、位相調(diào)制型光纖傳感器。強度調(diào)制型光纖傳感器一般由光源1、入射光纖2、出射光纖4、探測器5、調(diào)制區(qū)3等元件組成，如圖所示。其光源一般為發(fā)光二極管。從光源1出射的光經(jīng)過入射光纖2傳到調(diào)制區(qū)3，被測對象作用在調(diào)制區(qū)引起光纖中光強的變化，通過探測器5探測到光強的變化實現(xiàn)被測對象的監(jiān)控和探測。位相調(diào)制型傳感器一般由激光器6、分束器8、參考臂光纖12、測量臂光纖10、探測器5、第一光纖耦合系統(tǒng)7和第二光纖耦合系統(tǒng)11組成，如圖2所示。從激光器6出射的激光經(jīng)過分束器8、第一光纖耦合器7和第二光纖耦合器11分別進入?yún)⒖急酃饫w12和測量臂光纖10。兩光纖末端會合在一起，輸出的激光相互疊加后便產(chǎn)生干涉，形成干涉條紋。在被測對象的作用下，測量臂光纖中傳播的光波就會發(fā)生位相變化，光波疊加以后就會形成不同的干涉條紋。再以干涉測量技術把位相變化轉變?yōu)閺姸茸兓涂梢詫崿F(xiàn)代測物理量的檢測。因此，這類傳感器一般都有干涉儀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于在現(xiàn)有光纖傳感器的基礎上，提供一種結構簡單的光纖傳感器。該光纖傳感器沒有獨立的干涉儀，激光器本身就是傳感器。精度與現(xiàn)有的光纖傳感器相同或者更高。該傳感器既可以替代普通的位相傳感器和普通的位相傳感器，也可以替代別的光纖傳感器。
本發(fā)明提供了一種基于激光回饋效益的光纖傳感器，所謂激光回饋效應是指在激光應用系統(tǒng)中，激光器輸出的激光被外部物體反射或散射后，其中一部分光又反射回激光器諧振腔(我們稱從激光器腔外回來的激光為回饋光)，回饋光攜帶外部物體信息，與腔內(nèi)光相混合后，激光器的輸出功率因返回來的激光的位相和強弱的改變而改變。
本發(fā)明提供了一種基于激光回饋的光纖傳感器，其特征在于所述光纖傳感器按激光光路依次包括作為光纖傳感器光源的激光器、光纖耦合系統(tǒng)、光纖，以及設置在激光光路中的用來測量激光器輸出功率的探測器；所述光纖的一部分作為被測物理量的探測區(qū)，光纖的末端鍍不同反射率的膜；所述激光器發(fā)射出來的激光經(jīng)光纖耦合系統(tǒng)進入光纖，經(jīng)過所述探測區(qū)在光纖末端被原路反射回激光器的腔內(nèi)。
作為上述方案的一個改進，光纖傳感器還包括設置在激光光路中的用來將光路中的激光分束至探測器的分束器。
本發(fā)明還提供了另外一種基于激光回饋的光纖傳感器，其特征在于所述光纖傳感器按激光光路依次包括光纖傳感器光源的激光器、光纖耦合系統(tǒng)、光纖，以及設置在激光光路中的分束器，和接收分束器的分束光用來測量激光器輸出功率的探測器，所述光纖的一部分作為被測物理量的探測區(qū)；所述激光器發(fā)射出來的激光經(jīng)光纖耦合系統(tǒng)進入光纖，經(jīng)過所述探測區(qū)后耦合到激光器的腔內(nèi)。
作為上述方案的一個改進，所述光纖傳感器還包括第二光纖耦合系統(tǒng)，經(jīng)過光纖探測區(qū)的激光進入第二光纖耦合系統(tǒng)，然后耦合到激光器的腔內(nèi)。
本發(fā)明所述光纖傳感器的工作方式是激光器出來的光直接耦合到光纖，激光在光纖里傳播，光纖既是傳輸激光的器件，也是傳感器。激光器既是光源也是干涉儀。被測物理量直接作用在光纖上面。最后光纖將從激光器出射的激光傳回激光器腔內(nèi)。通過探測激光器的輸出功率可以達到探測被測物理的目的。
本發(fā)明所述的光纖傳感器結構簡單，所需的器件少，更易于小型化。對現(xiàn)有光纖傳感器是一個重要改進，使得光纖傳感器更具實用化。


圖1為現(xiàn)有振幅調(diào)制型光纖傳感器的結構示意圖。
圖2為現(xiàn)有位相調(diào)制型光纖傳感器的結構示意圖。
圖3為本發(fā)明的第一個實施例的結構示意圖。
圖4為本發(fā)明的第二個實施例的結構示意圖。
圖5為本發(fā)明的第三個實施例的結構示意圖。
圖6為本發(fā)明的第四個實施例的結構示意圖。
圖7為本發(fā)明的第五個實施例的結構示意圖。
圖8為本發(fā)明的第六個實施例的結構示意圖。
圖9為本發(fā)明的第七個實施例的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖來具體說明本發(fā)明的實施例。
如圖3所示，本發(fā)明所述光纖傳感器的第一個實施例按按激光光路依次包括作為光纖傳感器光源的激光器6、光纖耦合系統(tǒng)7、光纖14，以及設置在激光光路中的用來測量激光器輸出功率的探測器5；光纖14的一部分作為被測物理量的探測區(qū)，光纖14的末端鍍不同反射率的膜；激光器6發(fā)射出來的激光經(jīng)光纖耦合系統(tǒng)7進入光纖14，經(jīng)過所述探測區(qū)在光纖14末端被原路反射回激光器6的腔內(nèi)。探測器5設置在激光器尾光的輸出端。
激光器6是光纖傳感器的光源，從激光器6發(fā)出的激光進過光纖耦合系統(tǒng)7將激光耦合到光纖中14中去。光纖14的末端鍍有不同反射率的膜，或者利用別的光學器件將光反射回光纖。光纖14既起到傳輸激光的作用，又起到傳感器的作用。被測物理量作用在光纖的探測區(qū)上。激光經(jīng)光纖的入射端進入光纖，又經(jīng)過光纖末端反射回光纖的入射端，再次經(jīng)過光纖耦合系統(tǒng)重新進入激光器內(nèi)部。重新回到腔內(nèi)的激光稱為回饋光?；仞伖獾膹娙鹾臀幌嘧兓瘯鸺す馄鬏敵龉鈴姷淖兓?，從而由探測器5探測激光器輸出功率的變化。光纖在外界的影響下可以影響回饋光的強弱和位相，這個外界的影響可以是溫度、壓力、扭轉、轉動、電磁場、電壓、水聲等物理量。通過測量激光器的輸出功率，就可以達到測量外界物理量的目的。
圖4顯示了本發(fā)明的第二個實施例，是在圖3顯示的第一個實施例的基礎上將探測器5設置在光纖14的末端。光纖14在外界的影響下改變了回饋光的強弱和位相，最終改變了激光器6的輸出功率，探測器5在光纖14的末端直接探測激光器輸出功率的強弱變化，可以達到測量外界物理量的目的。
圖5顯示了本發(fā)明的第三個實施例，是在圖3顯示的第一個實施例的基礎上，利用設置激光光路中(即光纖耦合系統(tǒng)7的兩個透鏡之間)的分束器8，將光路中的激光分束至探測器5中。
圖6顯示了本發(fā)明的第四個實施例，是在圖4顯示的第二個實施例的基礎上，加入偏振片15，以進一步提高系統(tǒng)的性能。
圖7顯示了本發(fā)明的第五個實施例，所述光纖傳感器按激光光路依次包括光纖傳感器光源的激光器6、光纖耦合系統(tǒng)7、光纖14，以及設置在激光光路中的分束器8，和接收分束器8的分束光用來測量激光器輸出功率的探測器5，所述光纖14的一部分作為被測物理量的探測區(qū)；所述激光器6發(fā)射出來的激光經(jīng)光纖耦合系統(tǒng)7進入光纖14，經(jīng)過所述探測區(qū)后耦合到激光器6的腔內(nèi)?；氐角粌?nèi)的激光仍然是回饋光。光纖14在溫度、壓力、扭轉、轉動、電磁場、電壓、水聲等外界物理量的影響下，改變了回饋光的強弱和位相，最終影響激光器6的輸出功率。同樣從激光器尾光輸出端輸出的激光也會經(jīng)過光纖和光纖耦合系統(tǒng)從激光器輸出端回饋到激光器腔內(nèi)，并會改變激光器的輸出功率。分束器8設置在光纖耦合系統(tǒng)7的兩個透鏡之間，它將光路中的激光分束至探測器5中，由探測器5探測激光器輸出的強弱變化。通過測量激光器的輸出功率，就可以達到測量外界物理量的目的。
圖8顯示了本發(fā)明的第六個實施例，與圖7顯示的第五個實施例的不同之處在于第六個實施例還包括第二光纖耦合系統(tǒng)9，和設置在第二光纖耦合系統(tǒng)9的兩個透鏡之間的分束器8，第二光纖耦合系統(tǒng)9可以提高回饋的效率，分束器8將光路中的激光分束至探測器5中，由探測器5探測激光器輸出功率的強弱變化。
圖9顯示了本發(fā)明的第七個實施例，其與在圖8顯示的第六個實施例的不同之處在于分束器8設置在光纖耦合系統(tǒng)7的兩個透鏡之間，將光路中的激光分束至探測器5中，由探測器5探測激光器輸出功率的強弱變化。另外，在光路中還加入了偏振片15，以進一步提高系統(tǒng)的性能。
在本發(fā)明中，所述的激光器6可以是氣體激光器，如He-Ne激光器，也可以是固體激光器，如YAG激光器和半導體激光器，也可以是別的各種激光器；所述的光纖14既可以是單模光纖也可以是多模光纖；探測器5既可以是光電池也可以是光電二極管等光電轉換器件；光纖耦合系統(tǒng)可以是普通透鏡系統(tǒng)也可以是自聚焦透鏡等以外的耦合系統(tǒng)。
另外，在本發(fā)明所述光纖傳感器的光路中，可以設置放置偏振器件，如偏振片、波片等，以提高系統(tǒng)的測量精度和功能。
權利要求
1.基于激光回饋的光纖傳感器，其特征在于所述光纖傳感器按激光光路依次包括作為光纖傳感器光源的激光器(6)、光纖耦合系統(tǒng)(7)、光纖(14)，以及設置在激光光路中的用來測量激光器輸出功率的探測器(5)；所述光纖(14)的一部分作為被測物理量的探測區(qū)，光纖(14)的末端鍍不同反射率的膜；所述激光器(6)發(fā)射出來的激光經(jīng)光纖耦合系統(tǒng)(7)進入光纖(14)，經(jīng)過所述探測區(qū)在光纖(14)末端被原路反射回激光器(6)的腔內(nèi)。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于激光回饋的光纖傳感器，其特征在于所述光纖傳感器還包括設置在激光光路中的用來將光路中的激光分束至探測器(5)的分束器(8)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的基于激光回饋的光纖傳感器，其特征在于所述光纖傳感器還包括設置在激光光路中的用以提高系統(tǒng)的測量精度和功能的偏振器件。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的基于激光回饋的光纖傳感器，其特征在于所述光纖(14)為單模光纖或多模光纖。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的基于激光回饋的光纖傳感器，其特征在于所述探測器(5)為光電池或光電二極管。
6.基于激光回饋的光纖傳感器，其特征在于所述光纖傳感器按激光光路依次包括光纖傳感器光源的激光器(6)、光纖耦合系統(tǒng)(7)、光纖(14)，以及設置在激光光路中的分束器(8)，和接收分束器(8)的分束光用來測量激光器輸出功率的探測器(5)，所述光纖(14)的一部分作為被測物理量的探測區(qū)；所述激光器(6)發(fā)射出來的激光經(jīng)光纖耦合系統(tǒng)(7)進入光纖(14)，經(jīng)過所述探測區(qū)后耦合到激光器(6)的腔內(nèi)。
7.根據(jù)權利要求6所述的基于激光回饋的光纖傳感器，其特征在于所述光纖傳感器還包括第二光纖耦合系統(tǒng)(9)，經(jīng)過光纖(14)探測區(qū)的激光進入第二光纖耦合系統(tǒng)(9)，然后耦合到激光器(6)的腔內(nèi)。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的基于激光回饋的光纖傳感器，其特征在于所述光纖傳感器還包括設置在激光光路中的用以提高系統(tǒng)的測量精度和功能的偏振器件。
9.根據(jù)權利要求6或7所述的基于激光回饋的光纖傳感器，其特征在于所述光纖(14)為單模光纖或多模光纖。
10.根據(jù)權利要求6或7所述的基于激光回饋的光纖傳感器，其特征在于所述探測器(5)為光電池或光電二極管。
全文摘要
基于激光回饋的光纖傳感器，屬于光學儀器領域。本發(fā)明的目的在于提供一種結構簡單、精度高、便于生產(chǎn)的光纖傳感器。本發(fā)明公開了一種基于激光回饋的光纖傳感器，按激光光路依次包括作為光纖傳感器光源的激光器、光纖耦合系統(tǒng)、光纖，以及設置在激光光路中的用來測量激光器輸出功率的探測器；所述光纖的一部分作為被測物理量的探測區(qū)，光纖的末端鍍不同反射率的膜；所述激光器發(fā)射出來的激光經(jīng)光纖耦合系統(tǒng)進入光纖，經(jīng)過所述探測區(qū)在光纖末端被原路反射回激光器的腔內(nèi)。本發(fā)明所述的光纖傳感器結構簡單，所需的器件少，更易于小型化。對現(xiàn)有光纖傳感器是一個重要改進，使得光纖傳感器更具實用化。
文檔編號G01D5/26GK1641318SQ20051001112
公開日2005年7月20日 申請日期2005年1月7日 優(yōu)先權日2005年1月7日
發(fā)明者朱鈞 申請人:清華大學