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1、(10)申请公布号 CN 103900621 A (43)申请公布日 2014.07.02 CN 103900621 A (21)申请号 201410127074.1 (22)申请日 2014.03.31 G01D 5/26(2006.01) G02B 6/255(2006.01) (71)申请人 深圳大学 地址 518000 广东省深圳市南山区南海大道 3688 号 (72)发明人 王义平 刘申 廖常锐 (74)专利代理机构 深圳市恒申知识产权事务所 ( 普通合伙 ) 44312 代理人 陈健 (54) 发明名称 可调 FP 腔的 FP 干涉仪的制作方法及制作装 置 (57) 摘要 本发明涉。
2、及光纤应用技术领域， 尤其涉及一 种可调FP腔的FP干涉仪的制作方法及制作装置。 所述制作方法包括如下步骤 ： 将两光纤的待熔接 端面涂抹液体并进行熔接， 使涂抹的液体在熔接 过程中气化并在熔接后的光纤中形成气泡， 初步 形成 FP 干涉仪 ； 所述气泡即为 FP 腔 ； 通过实时调 节所述气泡沿光纤轴向的腔长实现对所述 FP 干 涉仪参数的调节， 直到所述 FP 干涉仪满足设定的 参数要求。 与现有技术相比， 采用本发明所提供的 技术方案只需利用普通的商用光纤熔接机即可制 作出 FP 干涉仪， 制作的方法简单、 易于操作， 装置 成本较低， 而且制作出的FP干涉仪可灵活调节FP 腔的腔长， 。
3、从而实现对制作的 FP 干涉仪参数的调 节。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103900621 A CN 103900621 A 1/1 页 2 1. 一种可调 FP 腔的 FP 干涉仪的制作方法， 其特征在于， 包括如下步骤 ： 将两光纤的待熔接端面涂抹液体并进行熔接， 使涂抹的液体在熔接过程中气化并在熔 接后的光纤中形成气泡， 初步形成 FP 干涉仪 ； 所述气泡即为 FP 腔 ； 通过实时调节所述气泡沿光纤轴向的腔长实现对。
4、所述 FP 干涉仪参数的调节， 直到所 述 FP 干涉仪满足设定的参数要求。 2.如权利要求1所述的可调FP腔的FP干涉仪的制作方法， 其特征在于， 所述熔接包括 如下步骤 ： 将两光纤的待熔接端面接触， 并将两光纤的纤芯对准 ； 驱动两光纤对接触面施加挤压应力， 并对处于挤压状态的接触面加热， 使两光纤的待 熔接端面熔接。 3.如权利要求1所述的可调FP腔的FP干涉仪的制作方法， 其特征在于， 所述气泡沿光 纤轴向的腔长通过驱动两光纤对所述气泡施加沿光纤轴向的挤压或拉伸应力， 然后对所述 气泡进行加热以释放所述挤压或拉伸应力的方式进行调节。 4.如权利要求1所述的可调FP腔的FP干涉仪的制作。
5、方法， 其特征在于， 将两光纤的待 熔接端面涂抹液体前， 还包括如下步骤 ： 将两光纤的待熔接端面热熔成弧面。 5.如权利要求4所述的可调FP腔的FP干涉仪的制作方法， 其特征在于， 将两光纤的待 熔接端面热熔成弧面之前， 还包括如下步骤 ： 将两光纤的待熔接端面切平。 6.如权利要求1所述的可调FP腔的FP干涉仪的制作方法， 其特征在于， 所述两光纤通 过电极放电热熔或 C02激光热熔的方式进行熔接。 7.一种基于权利要求1至6中任一权利要求所述的可调FP腔的FP干涉仪的制作方法 的制作装置， 其特征在于， 包括 ： 光纤熔接机、 3dB 耦合器、 光谱仪、 激光光源 ； 所述 3dB 耦合。
6、器的两输入端分别连接所述激光光源与光谱仪， 两输出端中的一端用于 连接两待熔接光纤之一， 另一端被屏蔽 ； 所述光纤熔接机设置有两步进马达， 用于定位两待熔接光纤在所述光纤熔接机中的位 置。 8.如权利要求6所述的可调FP腔的FP干涉仪的制作方法的制作装置， 其特征在于， 所 述光纤熔接机通过电极放电热熔或 C02激光热熔的方式对两待熔接光纤进行熔接。 9.如权利要求7所述的可调FP腔的FP干涉仪的制作方法的制作装置， 其特征在于， 所 述另一端被放入溶液或绕成圈。 权 利 要 求 书 CN 103900621 A 2 1/4 页 3 可调 FP 腔的 FP 干涉仪的制作方法及制作装置 技术领。
7、域 0001 本发明涉及光纤应用技术领域， 尤其涉及一种可调 FP 腔的 FP 干涉仪的制作方法 及制作装置。 背景技术 0002 FP 干涉仪 （法布里珀罗干涉仪） 在众多领域具有广泛应用， 比如生物医学监测、 建 筑结构监测等。随着 FP 干涉仪应用领域的日渐扩展， 其制作方法也出现了多种方式， 其中 基于光纤形成的 FP 干涉仪就有机械连接腔、 化学腐蚀、 飞秒或离子束微加工以及在光纤末 端镀高反射薄膜等多种制作方法。 0003 然而众多制作方法也存在一定弊端， 一般而言， 这些制作方法都具有制作装置昂 贵或制作方法复杂等。比如， 采用在光纤末端镀高反射薄膜的方法需要复杂的镀膜设备， 机。
8、械连接腔需要采用高精密机械连接可调谐 FP 干涉设备、 飞秒微加工的方式需要价格昂 贵的飞秒激光器等， 化学腐蚀的方法一般利用氢氟酸对光纤进行腐蚀， 在光纤内部形成 FP 腔， 但制作过程中利用的氢氟酸具有剧毒， 对操作者具有严重伤害。除此之外， 上述众多制 作方法所制作的 FP 干涉仪一般不能灵活调节干涉仪的干涉对比度及自由谱宽等参数。 发明内容 0004 针对以上利用传统技术制作 FP 干涉仪的过程中存在的问题， 本发明提供了一种 可调 FP 腔的 FP 干涉仪的制作方法及制作装置， 利用液体受热气化在光纤内部形成一个气 泡腔作为所形成的 FP 干涉仪的 FP 腔， 制作装置实时监测 FP。
9、 干涉仪的参数， 并通过调节气 泡沿光纤轴向的腔长使所形成的 FP 干涉仪满足设定的参数要求。本发明是这样实现的 ： 0005 一种可调 FP 腔的 FP 干涉仪的制作方法， 包括如下步骤 ： 0006 将两光纤的待熔接端面涂抹液体并进行熔接， 使涂抹的液体在熔接过程中气化并 在熔接后的光纤中形成气泡， 初步形成 FP 干涉仪 ； 所述气泡即为 FP 腔 ； 0007 通过实时调节所述气泡沿光纤轴向的腔长实现对所述 FP 干涉仪参数的调节， 直 到所述 FP 干涉仪满足设定的参数要求。 0008 进一步地， 所述熔接包括如下步骤 ： 0009 将两光纤的待熔接端面接触， 并将两光纤的纤芯对准 。
10、； 0010 驱动两光纤对接触面施加挤压应力， 并对处于挤压状态的接触面加热， 使两光纤 的待熔接端面熔接。 0011 进一步地， 所述气泡沿光纤轴向的腔长通过驱动两光纤对所述气泡施加沿光纤轴 向的挤压或拉伸应力， 然后对所述气泡进行加热以释放所述挤压或拉伸应力的方式进行调 节。 0012 进一步地， 将两光纤的待熔接端面涂抹液体前， 还包括如下步骤 ： 0013 将两光纤的待熔接端面热熔成弧面。 0014 进一步地， 将两光纤的待熔接端面热熔成弧面之前， 还包括如下步骤 ： 说 明 书 CN 103900621 A 3 2/4 页 4 0015 将两光纤的待熔接端面切平。 0016 进一步地。
11、， 所述两光纤通过电极放电热熔或 C02激光热熔的方式进行熔接。 0017 一种基于上述任意一种可调 FP 腔的 FP 干涉仪的制作方法的制作装置， 包括 ： 0018 光纤熔接机、 3dB 耦合器、 光谱仪、 激光光源 ； 0019 所述 3dB 耦合器的两输入端分别连接所述激光光源与光谱仪， 两输出端中的一端 用于连接两待熔接光纤之一， 另一端被屏蔽 ； 0020 所述光纤熔接机设置有两步进马达， 用于定位两待熔接光纤在所述光纤熔接机中 的位置。 0021 进一步地， 所述光纤熔接机通过电极放电热熔或 C02激光热熔的方式对两待熔接 光纤进行熔接。 0022 进一步地， 所述另一端被放入溶。
12、液或绕成圈。 0023 与现有技术相比， 采用本发明所提供的技术方案只需利用普通的商用光纤熔接机 即可制作出 FP 干涉仪， 制作的方法简单易于操作， 装置成本较低， 而且制作出的 FP 干涉仪 可灵活调节 FP 腔的腔长， 从而实现对制作的 FP 干涉仪参数的调节。 附图说明 0024 图 1 ： 本发明实施例提供的可调 FP 腔的 FP 干涉仪的制作装置结构示意图 ； 0025 图 2 ： 采用上述装置制作可调 FP 腔的 FP 干涉仪的方法流程示意图 ； 0026 图 3 ： 上述流程中， 两光纤待熔接端面被切平的示意图 ； 0027 图 4: 上述流程中， 两光纤待熔接端面被热熔成弧面。
13、示意图 ； 0028 图 5 ： 上述流程中， 两光纤被热熔成弧面的端面上涂抹液体的示意图 ； 0029 图 6 ： 上述流程中， 两涂抹液体后的待熔接端面的熔接示意图 ； 0030 图 7: 上述流程中， 两涂抹液体后的待熔接端面熔接后在光纤形成的气泡示意图 ； 0031 图 8 ： 上述流程中， 通过挤压气泡的方式调节气泡沿光纤轴向腔长的示意图 ； 0032 图 9 ： 上述流程中， 通过拉伸气泡的方式调节气泡沿光纤轴向腔长的示意图。 具体实施方式 0033 为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下结合附图及实施例， 对 本发明进行进一步详细说明。 0034 如图 1 所示。
14、， 本发明提供了一种制作可调谐光纤内腔的 FP 干涉仪的装置， 该装置 包括光纤熔接机1、 光谱仪4、 激光光源3、 3dB耦合器2， 制作FP干涉仪所需材料包括待熔接 的两光纤以及液体。制作 FP 干涉仪的总体流程如图 2 所示。结合图 2， 对制作 FP 干涉仪的 各步骤分别描述如下 ： 0035 步骤 1， 如图 3 所示， 将两光纤的待熔接端面切平， 并将待熔接端面放入光纤熔接 机 1 中。同时， 将 3dB 耦合器 2 的两输入端连接激光光源 3 及光谱仪 4， 两输出端口中的一 端连接两待熔接光纤之一， 另一端屏蔽。屏蔽 3dB 耦合器 2 的另一输出端的目的是为避免 引入反射信号。
15、干扰后续的光纤熔接及对所形成的 FP 干涉仪参数的调节， 因此可将另一端 放入溶液 5 中或绕成小圈。 0036 步骤 2， 如图 4 所示， 通过设置在光纤熔接机 1 上的两步进马达控制两待熔接端面 说 明 书 CN 103900621 A 4 3/4 页 5 距离光纤熔接机 1 中的加热中心的距离， 然后设置热熔参数对两待熔接端面进行加热， 使 两待熔接端面被热熔成弧面 6。热熔可采用电极放电热熔或 C02激光热熔的方式。弧面 6 的尺寸可影响后续形成的气泡大小， 通过调节热熔参数可控制形成的弧面 6 的尺寸。若采 用电极放电， 则热熔参数为放电功率与放电时间， 若采用 C02激光热熔， 。
16、则热熔参数为激光 功率与加热时间。 0037 步骤 3、 如图 5 所示， 在被热熔成弧面的两待熔接端面上涂抹液体 7。当两光纤的 待熔接端面被热熔成弧面6后， 将两光纤取出， 并在两光纤的弧面6上涂抹液体7， 然后再放 入光纤熔接机 1 中。 0038 步骤 4、 如图 5 箭头所示， 将两光纤的两待熔接端面正对， 然后通过两步进马达将 涂抹了液体 7 的两待熔接端面向中间移动， 使两待熔接端面接触， 并将接触面置于光纤熔 接机 1 的加热中心处， 然后设置热熔参数对两待熔接端面进行熔接 （如图 6 所示） 。在熔接 过程中所涂抹的液体 7 汽化而在熔接后的光纤中形成气泡 8 （如图 7 所。
17、示） 。此时初步形成 FP 腔， 所形成的气泡 8 即为 FP 干涉仪的 FP 腔。 0039 步骤 5、 通过实时调节所述气泡沿光纤轴向的腔长实现对所述 FP 干涉仪参数的调 节， 直到所述 FP 干涉仪满足设定的参数要求。首先介绍该步骤所依据的原理 ： 0040 定义干涉信号光强度为其中， 为入射光波 长， n 为 FP 腔内介质折射率， L 为 FP 腔沿光纤轴向的腔长， 0 为 FP 腔干涉初始相位。由 余弦函数可知， 当两束反射光束干涉相位满足的条件时， I=0， 同时， 可 得出光谱中自由谱宽的表达式为 ：由此可知， FP 腔沿光纤轴向的腔长将影响干涉 信号的干涉对比度及自由谱宽，。
18、 因此， 可通过调节 FP 腔 （气泡 8） 的沿光纤轴向的腔长实现 对 FP 干涉仪参数的调节。 0041 调节气泡 8 沿光纤轴向的腔长的步骤如下 ： 0042 将气泡8移动到光纤熔接机1的加热中心处， 并在热熔状态下， 通过两步进马达将 气泡 8 两端的光纤沿光纤轴向向中间挤压 （如图 8 箭头所示） 或向两端拉伸 （如图 9 箭头所 示） ， 从而对气泡 8 产生挤压应力或拉伸应力， 在此过程中对气泡 8 进行加热， 释放气泡 8 所 受到的应力， 从而调节气泡 8 沿光纤轴向的腔长。为提高对 FP 干涉仪参数调节的精度， 通 过步进马达设置光纤每次的挤压位移量或拉伸位移量为 2um，。
19、 多次重复挤压或拉伸气泡 8 两端的光纤， 并在挤压或拉伸光纤的过程中多次重复对气泡8部位进行加热。 在调节气泡8 沿光纤轴向的腔长的过程中， 通过光谱仪 4 实时监测所形成的 FP 干涉仪的参数， 直到所形 成的 FP 干涉仪满足设定的参数要求。 0043 采用本方法制作的 FP 干涉仪可应用于如下技术领域 ： 0044 （1） 、 基于 FP 干涉仪的 FP 滤波器 ： 通过调节 FP 腔沿光纤轴向的腔长可实现对 FP 干涉仪参数的灵活调节， 比如干涉对比度及自由谱宽， 该 FP 干涉仪可用于加工干涉对比度 较高的 FP 滤波器。 0045 （2） 、 高灵敏度应变传感器 ： 当气泡 8 。
20、受到其两端光纤的挤压或拉伸时， 一定程度 说 明 书 CN 103900621 A 5 4/4 页 6 的挤压距离或拉伸距离会导致气泡 8 沿光纤轴向的腔长发生相应程度的变化， 进而导致 FP 干涉仪参数发生相应变化， 通过监测FP干涉仪的参数变化情况即可检测气泡8两端光纤的 挤压距离或拉伸距离。因此， 将该 FP 干涉仪固定于被测物体表面可检测物体表面产生的微 应变。 0046 （3） 、 通过多次拉伸或挤压气泡8两端的光纤， 同时， 对气泡8部位进行加热可将气 泡 8 的气泡壁变薄， 从而对气压或压力反应敏感， 可制成高灵敏度的气压或压力传感器。 0047 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、 等同替换和改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 说 明 书 CN 103900621 A 6 1/3 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103900621 A 7 2/3 页 8 图 3 图 4 图 5 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 103900621 A 8 3/3 页 9 图 8 图 9 说 明 书 附 图 CN 103900621 A 9 。