文摘
小说类型的光纤传感应用介绍基于多元化的个别纤维预先形成聚集,但保持原来的形状。双子座的个人核心纤维可以在输入和输出处理结束通过拼接独立的纤维。热芯之间的耦合就足以消除相对热影响。制造、耦合和光纤布拉格光栅(FBG)的研究进行了讨论。可能连接在一个拼接不止一个纤维的双子座纤维介绍是非常有利的。传统的连接工具可以使用,损失是可以接受的,操作过程只需要几分钟。讨论了传感与双子座纤维主要是结合了光纤布喇格光栅。双子座纤维的概念讨论的另一个优点是可以使单片几乎相等的手臂长度的光纤干涉仪。大量的新选项打开的单片多芯光纤的设计,在获得个人的核心很简单。
1。介绍
多芯光纤(1)找到一个伟大的传感的应用程序数量超出了内窥镜检查。各种被测变量监控的信息提取光的传播在不同核(2- - - - - -7]。波导的近距离允许平衡热扰动,和温度依赖性几乎是被处理信号的区别在邻近的核心。多核纤维用于弯曲和扭转传感可以使用确定的路径移动的纤维将光纤布拉格光栅(fbg),经历的反射波长表明弯曲纤维沿其路径(8]。输入和输出访问个人核心,然而,构成严重的耦合限制。到目前为止,它已经不可能拼接单个纤维的每个核心,保证低损耗耦合。各种巧妙的安装方案已经设计了实现光耦合(9- - - - - -11),但他们通常是有损的,昂贵的,不是特别健壮,最终远离理想。耦合输入和输出末端有问题,它极大地限制了使用多核的纤维。在其他应用程序,如电信和抽运光纤激光器,独立绘制纤维带在一起,丝带或指数较低的涂料12]。这里,访问个人核心是简单,但热量和纤维之间的机械接触,将用于传感是有限的。
现在的信中,我们描述一种新型的光纤传感应用。单一纤维是从许多个人纤维预先形成,除了一个狭窄的连接玻璃桥,原来的维护个人的圆形截面。双子座纤维然后获得暹罗的性格。解决单个核输入和输出末端因此变得更容易,通过拼接独立的纤维。尽管热耦合比传统的多芯光纤较弱,更容易访问核心是大大有利,和结构是一个很好的妥协各种传感应用。制造、耦合和光纤布拉格光栅(FBG)研究将在下面讨论。这个概念的其他优势,包括可能使单片几乎相等的手臂长度的光纤干涉仪也谈及。一般的名字为这种类型的结构是双子座纤维,和补充信息(例如,G4)表明可用内核的数量。
2。纤维制造
双子座的制造纤维开始的固定数量的近距离预先形成,可以有标准或特殊的横截面。图1显示了一个这样的安排,在这四个标准通信单模预先形成堆积。后画几乎每个粗加工的结果在一个单独的单模光纤与邻近的纤维,如图1。图纸没有进行压力控制,但炉温度()略低于标准纤维制造。同时自动直径控制单元通常使用不用于反馈。这是必要的,因为双子座的宽度纤维从不同角度不同,在光纤拉丝和视角的变化。必要时,调整炉的温度,防止纤维的尺寸漂流。
四个双子座纤维类型图2(一个)- - - - - -2 (d)用扫描电子显微镜照片。这些都是双子纤维(a) (G2), (b)的双芯的双子座纤维孔(G2H), (c)双子座纤维由四个人预先形成(G4)如图1,(d)双子座纤维组成的四个人预先形成和中间杆(G4M)。所有单个预先形成圆形,圆形核(除了中间杆图2 (d)这是空心)。同时观察某种形式改变,特别是第一双子座纤维拉G2(图2(一个))。G2纤维的测量核心中心之间的距离是135而不是预期的125m(8%失真)。这可以将几乎完全归因于创建期间画的玻璃桥连接各个部分的纤维。四个人在G4直径测量装置圆截面图2 (d)71.872.7米,72.5米,72.0米,m。在两个方向相反的核心中心之间的距离是102.7m和101.5m。四个人直径测量G4M通过拟合圆截面图2 (d)81.480.0米,82.6米,81.0米,m。
(一)
(b)
(c)
(d)
3所示。访问单个核
两种方法用于访问单个核的双子座纤维。这里,工作开展与双子座纤维G2更详细地描述。腐蚀是第一种方法。截面如图2(一个)很明显,薄桥连接个人波导蚀刻掉如果纤维浸在高频相对较早。两个独立的纤维由于这个过程,可以拼接标准纤维两端输入和输出耦合。所花费的时间将两个独立的纤维在HF溶液浓度40% 18分钟。照片说明一个蚀刻双子座纤维G2如图3。
有利于加强分离点和紫外线固化胶(Wellomer UV 2010)是适合这个目的。然后可以安装两个纤维部分,单独裂解和拼接。发现,两个独立的横截面纤维造成腐蚀G2不圆,但保持一个概要文件。即使蚀刻时间增加到50分钟,两个独立的纤维部分不是圆形。三个拼接选项可用,自动调整纤维被成像包复,拼接的核心,或者执行手动拼接。当蚀刻纤维部分自动对齐标准光纤包层的形象,一个大意味着损失测量1.7 dB的拼接,标准差(2.1 dB)。损失的最小值获得使用这种拼接过程为0.36分贝。图4说明了这种接头的一个例子。
芯自动对齐时,最小的损失获得提高到0.14 dB标准差为0.87分贝,但拼接只是在大约一半的情况下成功。最后,当使用手动调整过程,平均损失为0.53分贝,标准差0.56 dB和最小损失测量低至0.05 dB。进行手动拼接都是成功的。拼接的缺点之一单独分离纤维部分标准纤维的长度是不受保护的纤维。此外,每当一个纤维部分减免或拼接不成功,至少有一个额外的纤维需要recleaved大约相等的长度,或在最坏的情况下重新开始腐蚀过程。作为一个整体,描述的蚀刻过程中分离单个波导提供可接受的结果。然而,它涉及许多步骤,包括涂层去除、蚀刻、修复、裂开、手动拼接和最终装配的四倍。的总时间估计对这些操作进行手动目前超过三个小时。
第二种方法开发用于访问单个核的双子座纤维独立标准电信纤维是执行一个自动并行融合各种纤维的拼接。这个过程是双子座还详细研究了纤维G2。这个过程中,一个利用分裂能力的双子座纤维与传统的切肉刀,产生纤维与各种波导的长度(见图2)。这里,解决个别核心的整个过程是减少到几个拼接。处理时间也大大减少了。由此产生的组件变得崎岖的使用传统的拼接保护者。一个拼接的主要劣势的双子座纤维是没有个人纤维调整成为可能。虽然这是容易当核心分离是125米因为个人纤维放置在接触对方,越来越多的个人标准电信纤维平行相隔几微米需要一个特殊的夹具。拼接的双子座纤维G2可用在这项工作的核心中心分离是135米,一个合适的纤维支架用两个凹槽隔开135制作的m。结果给出了典型损失低于1 dB /拼接,但损失低于0.5 dB也已达到每单纤维拼接的双子座G2纤维。总拼接过程每一个双子座纤维在这里结束15分钟,如果损失被认为是可以接受的。
4所示。与布喇格光栅传感
双子座的最有趣的一个应用纤维涉及写入布拉格光栅各种核心概念。类似传统的多核纤维,对温度敏感的各种波导是相似的,如果温度变化同样波长光栅转变。然而,在中性轴弯曲导致光纤光栅波导时转向长波长长,压缩时更短的波长(13- - - - - -15]。因此可以确定光学纤维受到应变或应力。翻译其他被测变量如压力或弯曲加速度,双子座纤维可用于各种传感应用。在这里,我们描述双子座的初步研究纤维与纤维布喇格光栅(G2)。
双子座的定性行为G2纤维如图5。一个光纤光栅写在每一个(在这种情况下两个)的核心。这个过程是按顺序完成的,一次一个光栅。纤维是以前H2)下载150 atm在室温下了两个星期。紫外线照射在干涉仪进行244海里的辐射频率连续波Ar翻了一番+激光交付23兆瓦。在特定的例子,1.2厘米长unchirped汉明apodized光纤光栅都集中在1550海里,0.5 nm广泛而相对强劲的(25 dB)后7相同的曝光。
(一)
(b)
在弯曲绕自己的轴,一个光栅转向更长的波长和另一个更短的波长,见图5。为了进行更多的定量测量,另一条光栅记录在一张双子座纤维G2,与紫外线固化胶记录安装后在一个灵活的光束(13- - - - - -15]。G2纤维流离失所的块梁的轴线,导致大量梁弯曲时波长位移。两个光栅的波长相匹配,与连续梁在室温下1555海里。
图6显示了设置示意图用于研究对弯曲的响应(位移)的光纤光栅写在双子座G2纤维。介绍了弯曲取代这两个极端的梁同时保持中心固定,如图6。一个5毫米位移对应于一个25厘米的弯曲半径。负值意味着光栅是细长的和积极的位移对应压缩。
图7说明了两个光纤光栅布喇格波长的调谐装置。所示的抛物曲线(黑色和红色)是最好的适合的数据(广场为核心和圈核心B)梁弯曲时的布拉格波长。16 nm的调谐范围覆盖范围的位移D,在那里测量5厘米从光栅的中心。图7也给了布喇格波长的差异为A和B核测量弯曲时增加。运转良好的和单调变化的观察(蓝色三角形),表明这种差异可以作为光学测量的位移。这个设备坏了之前可以进行温度测量。
第三个设备在双子座G2纤维制造,两布喇格波长不重叠(纳米和在海里)。这个设备安装示意图如图6和加热灯。安排监测了热电偶的温度接近光纤光栅。没有采取特别的预防措施在波导平衡温度、平衡只依靠近距离的核心。图8(一个)显示了这两个核心的布喇格波长的情节,和,在那里测量13.5厘米从光栅的中心。再次坚实的曲线是抛物线适合数据。与图的行为7的二阶导数,实线是负的。这种差异的原因是不理解,但可能是相关的确切位置与轴梁双子座的设备是粘的,这在很大程度上是不确定性和强烈影响光栅的响应。很明显从图8(一个)峰值波长变化的弯曲(位移)和温度。温度测量的灵敏度是32点/ k。这是大约3倍比预期的自立式光纤光栅,表明塑料梁和胶水主导的温度依赖性。类似的问题可能会发现在大多数应用程序中,双子纤维G2是用于传感。相对波长位移,即变化之间的差异决定的两个核心为各种弯曲三个温度。希望可以完全抵消温度依赖性,而且只有弯曲(位移)依然存在。图8 (b)说明了三个曲线获得,和减法的一双蓝色曲线(三角形),红色曲线(圆)和黑色曲线(广场)。相关的一组三个单调曲线,波长位移。曲线几乎重叠,表明温度效应可以被取消的信息来自两个核心。最大偏差测量达到0.5%。因此,得出的结论是,不同的弯曲可以确定两个光栅的布喇格波长。应该说,双子座G2纤维会自然弯曲,这样两个核心(光纤光栅)同样受到影响。为了有一个核心长度超过其他弯曲时,纤维需要安装在梁和固定(例如,通过上胶)。G4纤维,另一方面,可以很容易地在不同方向弯曲和固定需求放松。
(一)
(b)
从这些初步的实验可以得出结论,双子座纤维可用于光纤布喇格光栅传感弯曲和位移。温度效应可以删除使用获得的信息从内核。
5。干涉法与双子座纤维
一个有趣的潜在应用的双子座纤维在单一的光纤干涉仪的化身。纤维制造的结构在图塔(cf图2)非常适合制造融合耦合器。因此,每个核心,锥形双子纤维在本地的可能性,以便核之间的耦合和刚性结构保证平等的手臂长度和最大限度地减少极化不确定性提供了一个有用的宽带光纤干涉仪。潜在的应用包括电动光纤交换机和调节器和add-drop多路复用器(16- - - - - -18]。
进行了初步的实验在双子座G2光纤耦合器。Vytran摩门教- 1250 /车锥度机床与3毫米钨元素拼接工作。电脑驱动程序由融合阶段,首先在加热区扫描超过10毫米的G2纤维波导开始融合在一起。这个过程需要1500秒,融合系数(19,20.获得(即0.45)。,the normalized ratio of the structure reducing from 2 to 1.73). The fusion stage is followed by tapering stage, when the fused zone is simultaneously heated and pulled to become thinner. The process takes 2000 seconds and generates an adiabatic structure. Because of the nonoptimal coupler fabrication process and in particular the metal oxide layer deposited on the taper, the excess loss incurred is3.3 dB。这是一个商业设备,高得令人无法接受但仍可用双子座纤维的特性。光学装置是用于监控流程见图9。
在双子光纤耦合器的制作意味着在迈克耳孙干涉仪的创建21),从纤维分裂获得反射回来。如果干涉仪探测与白色光源,表明获得的带宽的两个光学路径匹配。图10说明了这种测量的结果。灭绝是14 dB来衡量。从50 nm应用带宽,40厘米长设备的光程差推断是12.8m(即。,32岁m / m)。创建的路径可能不平衡在耦合器或最后裂开。然而,如果不平衡分配完全不同的传播常数两个纤维之间的核心,一个模式指数的差异是获得。这是一个上限的不平等的两个波导双子座纤维G2。
其他特性进行了测量。的差分群时延(DGD) 2米长部分双子座G2和G2H纤维测量27个fs和分别74 fs和偏振相关损耗的G2 (PDL)相同的长度是0.1 dB。这些低价值也许并不奇怪考虑到电信预先形成的纤维是由标准。
6。结论
介绍了一种新型纤维配置工作,基于多元化的个别纤维预先形成聚集但几乎保持原来的形状。这个概念可以扩展到预先形成的情况下是不平等的,例如,用一只胳膊从单模,另从微观结构,掺杂或多模预成型。耦合是研究在目前的工作,可能连接在一个拼接不止一个纤维的双子座纤维介绍是非常有利的。传统的连接工具可以使用,损失是可以接受的,操作过程只需要几分钟。讨论了传感与双子座纤维主要是结合了光纤布喇格光栅。这种纤维制成的设备对温度的依赖关系可以删除几乎完全通过收集的信息从内核。干涉法还简要地讨论了,尽管它可以升值,大量的新选项打开的单片多芯光纤的设计,在获得个人的核心很简单。
确认
很高兴认识到有价值的输入苏珊娜Lacroix的过程用于制造融合耦合器用于这项工作。帮助Oleksandr Tarasenko, Erik Petrini共同提出,每Helander哈坎奥尔森在Acreo也深表感谢。