本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種腔長(zhǎng)可控的光纖f-p腔構(gòu)成裝置。

背景技術(shù)：

光纖f-p(fabry-perot)傳感器具有靈敏度高、頻帶寬、抗電磁干擾能力強(qiáng)、易復(fù)用等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于國(guó)防、航天、航空、工業(yè)測(cè)控、計(jì)量測(cè)試等領(lǐng)域。光纖f-p傳感器主要是由兩個(gè)反射膜層相對(duì)平行放置構(gòu)成具有一定腔長(zhǎng)的f-p腔。當(dāng)光束經(jīng)過f-p腔時(shí)，產(chǎn)生多光束干涉，從而產(chǎn)生干涉光譜。當(dāng)f-p腔的腔長(zhǎng)隨被測(cè)量變化時(shí)，反射光之間的光程差發(fā)生變化，從而導(dǎo)致了干涉譜的變化。通過對(duì)干涉譜的檢測(cè)，利用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行解調(diào)，就能得到干涉腔腔長(zhǎng)的變化，進(jìn)而得出被測(cè)量的變化。

因此，在研制針對(duì)光纖f-p傳感器的信號(hào)解調(diào)設(shè)備時(shí)，需要腔長(zhǎng)精確已知的光纖f-p腔作為信號(hào)源，用于驗(yàn)證信號(hào)解調(diào)設(shè)備解調(diào)結(jié)果的正確性，提高解調(diào)設(shè)備的精度。目前用于光纖傳感的光纖f-p傳感器的腔長(zhǎng)一般為幾微米到幾毫米，傳統(tǒng)的f-p干涉儀存在腔長(zhǎng)不匹配和很難與光纖耦合等問題，無法與光纖f-p信號(hào)解調(diào)設(shè)備配合使用。常規(guī)的f-p標(biāo)準(zhǔn)具的腔長(zhǎng)雖然準(zhǔn)確，但不能調(diào)節(jié)腔長(zhǎng)，也不能很好的滿足解調(diào)設(shè)備的研制需求。因此，需要一種腔長(zhǎng)可控的光纖f-p腔，可實(shí)現(xiàn)對(duì)腔長(zhǎng)大范圍調(diào)節(jié)和精確控制，用于在解調(diào)設(shè)備研制過程中提供標(biāo)準(zhǔn)腔長(zhǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決光纖f-p傳感器的信號(hào)解調(diào)設(shè)備在研制過程中缺少標(biāo)準(zhǔn)腔長(zhǎng)裝置的問題，而提供一種腔長(zhǎng)可控光纖f-p腔的構(gòu)成方法與裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)腔長(zhǎng)大范圍調(diào)節(jié)和精確控制，用于驗(yàn)證信號(hào)解調(diào)設(shè)備解調(diào)結(jié)果的正確性，提高解調(diào)設(shè)備的精度。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明的一種腔長(zhǎng)可控的光纖f-p腔構(gòu)成方法，包含以下步驟：

1)首先將三維精密微位移平臺(tái)的三個(gè)方向分別定義為x方向、y方向和z方向，其中z方向?yàn)榭刂乒饫wf-p腔的腔長(zhǎng)變化的移動(dòng)方向，x方向控制傳輸光纖的左右平移，y方向控制傳輸光纖的上下移動(dòng)；

2)傳輸光纖的一端帶有光纖接頭，一端為裸纖。將裸纖的這一端的端面研磨平整，該端面構(gòu)成光纖f-p腔的第一反射面，將傳輸光纖上研磨好端面的一端固定于光纖夾持裝置上，將傳輸光纖伸出光纖夾持裝置適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度，再將光纖夾持裝置固定于三維精密微位移平臺(tái)上，光纖軸向與z方向一致；

3)將傳輸光纖帶有光纖接頭的一端與環(huán)形器的第一輸出端相連，環(huán)形器的輸入端與光源相連，環(huán)形器的第二輸出端與1×2耦合器的第一接口相連，1×2耦合器的第二接口與光譜儀相連，1×2耦合器的第三接口與解調(diào)儀表相連；

4)選取一個(gè)內(nèi)徑比傳輸光纖外徑略大的中空準(zhǔn)直管，將中空準(zhǔn)直管的一端固定于平面反射片的反射面上，平面反射片的反射面構(gòu)成光纖f-p腔的第二反射面，平面反射面的另一面經(jīng)過處理不能形成有效反射；

5)將固定有中空準(zhǔn)直管的平面反射片固定于平面反射片夾持裝置上，使得中空準(zhǔn)直管的軸線與傳輸光纖的軸線方向一致；

6)通過三維精密微位移平臺(tái)的控制器調(diào)整三維精密微位移平臺(tái)的x方向、y方向和z方向，將傳輸光纖裸纖的一端穿入中空準(zhǔn)直管中，移動(dòng)三維精密微位移平臺(tái)的z方向，將傳輸光纖移動(dòng)至其端面與平面反射片接觸，此時(shí)在光譜儀上觀察到的光譜信號(hào)近似一條直線，記錄此時(shí)三維精密位移平臺(tái)z方向的坐標(biāo)位置，定為零腔長(zhǎng)位置；

7)反向移動(dòng)三維精密微位移平臺(tái)的z方向，使得傳輸光纖的端面與平面反射片的反射面之間形成一定的間距，此間距即為光纖f-p腔的腔長(zhǎng)；

8)通過設(shè)定不同的移動(dòng)長(zhǎng)度來移動(dòng)三維精密微位移平臺(tái)的z方向，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖f-p腔的腔長(zhǎng)的精密控制。

本發(fā)明所示的構(gòu)成方法還可以在三維精密微位移平臺(tái)的z方向上放置位移測(cè)量裝置，在光纖f-p腔的腔長(zhǎng)變化時(shí)，通過位移測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖f-p腔的腔長(zhǎng)變化量的準(zhǔn)確測(cè)量。

本發(fā)明所示的構(gòu)成方法還可以將三維精密微位移平臺(tái)和平面反射片夾持裝置安裝在隔振平臺(tái)上，降低外部環(huán)境振動(dòng)對(duì)腔長(zhǎng)的影響。

本發(fā)明所示的構(gòu)成方法還可以將傳輸光纖、中空準(zhǔn)直管、平面反射片、平面反射片夾持裝置和三維精密微位移平臺(tái)置于恒溫環(huán)境中，降低外部環(huán)境溫度變化對(duì)腔長(zhǎng)的影響。

本發(fā)明還提供一種腔長(zhǎng)可控的光纖f-p腔裝置，包括光源、環(huán)形器、1×2耦合器、光譜儀和三維精密微位移平臺(tái)，平面反射片、中空準(zhǔn)直管、平面反射片夾持裝置、傳輸光纖和光纖夾持裝置；其中：

光源與環(huán)形器的輸入端相連，環(huán)形器的第一輸出端與傳輸光纖的一端相連，傳輸光纖的另一端放置在光纖夾持裝置上，光纖夾持裝置安裝在三維精密微位移平臺(tái)上，中空準(zhǔn)直管軸線與傳輸光纖軸線重合，一端固定在平面反射片上，平面反射面固定于平面反射片夾持裝置上，環(huán)形器的第二輸出端與1×2耦合器的第一接口相連，1×2耦合器的第二接口與光譜儀相連，1×2耦合器16的第三接口與解調(diào)儀表相連。

本發(fā)明所示的光纖f-p腔裝置中的傳輸光纖還可以是單模石英光纖、多模石英光纖、光子晶體光纖、藍(lán)寶石光纖；更換光纖時(shí)，中空準(zhǔn)直管也要更換成內(nèi)徑與光纖外徑相匹配。

本發(fā)明所示的光纖f-p腔裝置，還可以包括位移測(cè)量裝置，其中位移測(cè)量裝置置于三維精密微位移平臺(tái)上，使位移測(cè)量裝置的測(cè)量方向與中空準(zhǔn)直管的軸線方向重合。

本發(fā)明所示的光纖f-p腔裝置，還可以包括隔振平臺(tái)，將三維精密微位移平臺(tái)和平面反射片夾持裝置安裝在隔振平臺(tái)上，降低外部環(huán)境振動(dòng)對(duì)腔長(zhǎng)的影響。

本發(fā)明所示的光纖f-p腔裝置，還可以包括溫度控制裝置，將傳輸光纖、中空準(zhǔn)直管、平面反射片、平面反射片夾持裝置和三維精密微位移平臺(tái)置于溫度控制裝置中，保持所有部件處于恒溫環(huán)境中，降低外部環(huán)境溫度變化對(duì)腔長(zhǎng)的影響。

有益效果：

本發(fā)明對(duì)比已有技術(shù)有以下顯著創(chuàng)新點(diǎn)：

1)本發(fā)明所涉及的光纖f-p腔構(gòu)成方法利用光纖作為光路傳輸媒介，可直接與光纖f-p信號(hào)解調(diào)設(shè)備配合使用；

2)本發(fā)明所涉及的光纖f-p腔構(gòu)成方法利用中空準(zhǔn)直管來保證f-p腔兩個(gè)反射面的平行，減少外界因素對(duì)因素對(duì)光路干擾的同時(shí)還可以達(dá)到降低調(diào)節(jié)難度的目的；

3)本發(fā)明所涉及的光纖f-p腔構(gòu)成方法利用三維精密微位移平臺(tái)和光譜儀對(duì)f-p腔的腔長(zhǎng)進(jìn)行精密控制，可實(shí)現(xiàn)腔長(zhǎng)大范圍調(diào)節(jié)和精確控制目的；

4)本發(fā)明的開放式結(jié)構(gòu)還可以方便地引入位移測(cè)量裝置對(duì)f-p腔的腔長(zhǎng)變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)腔長(zhǎng)的精密測(cè)量，并使得數(shù)據(jù)可溯源。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的構(gòu)成方法示意圖；

圖2為本發(fā)明的裝置示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例3的示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例4的示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例5的示意圖；

其中，1-三維精密微位移平臺(tái)，2-腔長(zhǎng)，3-傳輸光纖，4-第一反射面，5-光纖夾持裝置，6-光源，7-環(huán)形器，8-輸入端，9-第一輸出端，10-第二輸出端，11-光譜儀，12-中空準(zhǔn)直管，13-平面反射片，14-第二反射面，15-平面反射片夾持裝置，16-1×2耦合器，17-第一接口，18-第二接口，19-第三接口，20-解調(diào)儀表，21-單模石英光纖，22-平面玻璃，23-石英毛細(xì)管，24-反射鏡，25-雙頻激光干涉儀，26-隔振平臺(tái)，27-溫度控制裝置。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

如圖3所示，光纖f-p腔構(gòu)成方法，其構(gòu)成步驟是：

選用單模石英光纖作為傳輸光纖，單模石英光纖的一端帶有光纖接頭，一端為裸纖。選用單面毛玻璃處理的平面玻璃作為平面反射片，選用石英毛細(xì)管作為中空準(zhǔn)直管。首先將單模石英光纖21的裸纖的端面研磨平整，該端面構(gòu)成光纖f-p腔的第一反射面4，將單模石英光纖21上研磨好端面的一端固定于光纖夾持裝置5上，將單模石英光纖21伸出光纖夾持裝置適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度，再將光纖夾持裝置5固定于三維精密微位移平臺(tái)1上，光纖軸向與z方向一致；

將單模石英光纖21帶有光纖接頭的一端與環(huán)形器7的第一輸出端9相連，環(huán)形器7的輸入端8與光源6相連，環(huán)形器7的第二輸出端10與1×2耦合器16的第一接口17相連，1×2耦合器的第二接口18與光譜儀11相連，1×2耦合器的第三接口19與解調(diào)儀表20相連。

將石英毛細(xì)管23的一端固定于平面玻璃22的反射面上，平面玻璃22的反射面構(gòu)成光纖f-p腔的第二反射面14。將固定有石英毛細(xì)管23的平面玻璃22固定于平面反射片夾持裝置15上，使得石英毛細(xì)管23的軸線與z方向一致。

通過三維精密微位移平臺(tái)1的控制器調(diào)整三維精密微位移平臺(tái)1的x方向、y方向和z方向，將單模石英光纖21穿入石英毛細(xì)管23中，移動(dòng)三維精密微位移平臺(tái)1的z方向，將單模石英光纖21移動(dòng)至第一反射面4與第二反射面14接觸，此時(shí)在光譜儀11上觀察到的光譜信號(hào)近似一條直線，記錄此時(shí)三維精密位移平臺(tái)1的z方向的坐標(biāo)位置，定為零腔長(zhǎng)位置；

反向移動(dòng)三維精密微位移平臺(tái)1的z方向，使得第一反射面4與第二反射面14之間形成一定的間距，此間距即為光纖f-p腔的腔長(zhǎng)2；

設(shè)定不同的移動(dòng)長(zhǎng)度來移動(dòng)三維精密微位移平臺(tái)1的z方向，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)腔長(zhǎng)2的精密控制；同時(shí)將解調(diào)儀表20的解調(diào)結(jié)果與腔長(zhǎng)2進(jìn)行比較，可以用于驗(yàn)證解調(diào)儀表20的解調(diào)結(jié)果的正確性，提高解調(diào)設(shè)備的精度。

實(shí)施例2

如圖4所示，采用雙頻激光干涉儀作為位移測(cè)量裝置，其中在實(shí)施例1中的三維精密微位移平臺(tái)1的z方向上放置雙頻激光干涉儀的反射鏡24，使反射鏡24的法線與石英毛細(xì)管23的軸線方向重合，雙頻激光干涉儀25發(fā)射的光束通過反射鏡24反射回干涉儀接收器上，在光纖f-p腔的腔長(zhǎng)變化時(shí)，通過雙頻激光干涉儀25實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖f-p腔的腔長(zhǎng)變化量的準(zhǔn)確測(cè)量。

實(shí)施例3

如圖5所示，其中將實(shí)施例1中三維精密微位移平臺(tái)1和平面反射片夾持裝置5安裝在隔振平臺(tái)26上，降低外部環(huán)境振動(dòng)對(duì)腔長(zhǎng)的影響。

實(shí)施例4

如圖6所示，將實(shí)施例1中的單模石英光纖21、石英毛細(xì)管23、平面玻璃22、平面反射片夾持裝置5和三維精密微位移平臺(tái)1置于溫度控制裝置27中，降低外部環(huán)境溫度變化對(duì)腔長(zhǎng)的影響。

實(shí)施例5

如圖7所示，選用單模石英光纖作為傳輸光纖，單模石英光纖的一端帶有光纖接頭，一端為裸纖。選用單面毛玻璃處理的平面玻璃作為平面反射片，選用石英毛細(xì)管作為中空準(zhǔn)直管。采用雙頻激光干涉儀作為位移測(cè)量裝置。

首先將單模石英光纖21的裸纖的端面研磨平整，該端面構(gòu)成光纖f-p腔的第一反射面4，將單模石英光纖21上研磨好端面的一端固定于光纖夾持裝置5上，將單模石英光纖21伸出光纖夾持裝置適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度，再將光纖夾持裝置5固定于三維精密微位移平臺(tái)1上，光纖軸向與z方向一致；

將單模石英光纖21帶有光纖接頭的一端與環(huán)形器7的第一輸出端9相連，環(huán)形器7的輸入端8與光源6相連，環(huán)形器7的第二輸出端10與1×2耦合器16的第一接口17相連，1×2耦合器的第二接口18與光譜儀11相連，1×2耦合器的第三接口19與解調(diào)儀表20相連。

將石英毛細(xì)管23的一端固定于平面玻璃22的反射面上，平面玻璃22的反射面構(gòu)成光纖f-p腔的第二反射面14。將固定有石英毛細(xì)管23的平面玻璃22固定于平面反射片夾持裝置15上，使得石英毛細(xì)管23的軸線與z方向一致。

在三維精密微位移平臺(tái)1的z方向上放置雙頻激光干涉儀的反射鏡24，使反射鏡24的法線與石英毛細(xì)管23的軸線方向重合，雙頻激光干涉儀25發(fā)射的光束通過反射鏡24反射回干涉儀接收器上。

通過三維精密微位移平臺(tái)1的控制器調(diào)整三維精密微位移平臺(tái)1的x方向、y方向和z方向，將單模石英光纖21穿入石英毛細(xì)管23中，移動(dòng)三維精密微位移平臺(tái)1的z方向，將單模石英光纖21移動(dòng)至第一反射面4與第二反射面14之間形成一定的間距，此間距即為光纖f-p腔的腔長(zhǎng)2。

將單模石英光纖21、石英毛細(xì)管23、平面玻璃22、平面反射片夾持裝置5、三維精密微位移平臺(tái)1和反射鏡24置于隔振平臺(tái)26上，再將單模石英光纖21、石英毛細(xì)管23、平面玻璃22、平面反射片夾持裝置5、三維精密微位移平臺(tái)1和反射鏡24都置于溫度控制裝置27中，在實(shí)現(xiàn)腔長(zhǎng)精密測(cè)量的同時(shí)，達(dá)到降低降低外部環(huán)境振動(dòng)和外部環(huán)境溫度變化對(duì)腔長(zhǎng)的影響的目的。