專利名稱：反射式薩格奈克干涉型全光纖磁場傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型的光纖磁場傳感器，具體的說，是一種利用磁光晶體的法 拉第旋光效應測量磁場的反射式薩格奈克干涉型全光纖磁場傳感器。
背景技術：
磁場探測應用于許多重要領域，例如在電磁兼容、電力工程、電機工程等領域 都需要監測與磁信號有關的物理量。法拉第磁光效應是指當施加外加磁場時，介質內傳輸的線偏振光的偏振方向會 旋轉一個角度，其大小與磁場強度成正比。法拉第效應目前被廣泛用于光通信領域，如 光隔離器、光環形器等。在傳感器系統中，也可通過直接測量偏振光在磁場中的角度變 化來得到磁場強度(見專利US6404190，US6370288等)。但是由于該角度很小，直接 測量靈敏度和精度都不高。采用干涉的方法，將偏振角度的變化轉變成相位的變化，可 提高檢測的靈敏度。薩格奈克干涉儀的兩干涉光路完全相同，僅對非互易的磁光效應敏 感，因此非常適用于磁場/電流傳感器。1996年，JamesKBlake首先提出了干涉型磁場 /電流傳感器的設想(專利號US5644397)，其中磁場傳感器的結構如附圖3所示。該專 利采用電光相位調制器，信號發生器和保偏光纖延遲線一起組成有源光波相位偏置，這 樣的有源相位偏置在系統的穩定性、信噪比等方面存在不足，成本也較高。另外在Blake 等人的專利中，傳感器件是分立的磁光元件，增加了系統的復雜度。本發明針對已有技術存在的不足，提出一種新的反射式干涉型全光纖磁場傳感 器，采用由四分之一波片和法拉第旋轉鏡構成的穩定的無源相位偏置，并采用全光纖的 結構。系統的復雜度大大降低，從而可在穩定性、信噪比方面得到提高，同時也降低了 傳感器的成本。
發明內容
本發明針對已有技術的缺陷，提供了一種反射式基于薩格奈克干涉儀型全光纖 磁場傳感器，可大大降低系統復雜度，提高傳感器的靈敏度和穩定性，同時降低傳感器 的成本。為了達到上述目的，本發明的構思是本發明主要由寬帶光源、光隔離器、3dB單模光纖耦合器、光纖起偏器、保偏 傳輸光纜、四分之一波片和法拉第旋轉鏡、光電探測器及信號處理單元組成。寬帶光源 發出的光通過光隔離器后，進入光纖耦合器，經過光纖起偏器后變成線偏振光，通過一 個45°焊接點，將入射光分成兩路正交的偏振光，在保偏傳輸光纜的兩個主軸上傳播至 磁場傳感頭。磁場傳感頭由四分之一波片和法拉第旋轉鏡組成，法拉第旋轉鏡同時提供 系統的無源偏置。由旋轉鏡的反射面反射回的信號經過保偏傳輸光纜后，在起偏器上干 涉后由光纖耦合器的另一個端口輸出，光電探測器將光信號轉變為電信號后進行信號處 理。
根據以上構思，本發明的技術方案如下一種反射式薩格奈克干涉型全光纖磁場傳感器，包括寬帶光源、光隔離器、3dB 單模光纖耦合器、光纖起偏器、保偏傳輸光纜、四分之一波片和法拉第旋轉鏡、光電探 測器及信號處理單元。其特征在于所述寬帶光源通過光隔離器后與所述3dB單模光纖耦 合器的一個正向輸入端口相連，所述3dB單模光纖耦合器的一個正向輸出端口與光纖起 偏器的一個端口連接，光纖起偏器的另一端口與保偏傳輸光纜的一端連接，保偏傳輸光 纜的另一端與磁場傳感頭相連，所述磁場傳感頭由四分之一波片和法拉第旋轉鏡構成。 所述光纖耦合器的一個反向輸出端口連接到光電探測器，光電探測器與信號處理單元相 連。上述反射式薩格奈克干涉型全光纖磁場傳感器還可加入一個偏振分(合)波器和 一個第二光電探測器。寬帶光源通過光隔離器后與所述光纖耦合器的一個正向輸入端口 相連，所述光纖耦合器的一個正向輸出端口與所述偏振分(合)波器的一個正向輸入端口 相連，再通過保偏傳輸光纜與磁場傳感頭連接。光纖耦合器的一個反向輸出端口連接到 第一光電探測器，偏振分(合)波器的一個反向輸出端口連接到所述第二光電探測器，兩 探測器的信號同時送入信號處理單元處理。本發明和現有技術相比具有的顯著特點有1.本發明采用一個四分之一波片和法拉第旋轉鏡組成無源相位偏置系統，可以 在薩格奈克干涉儀的兩干涉光路中形成90度的相位差，其靈敏度明顯優于基于法拉第效 應的偏振角度檢測系統。2.本發明采用無源相位偏置系統，在系統的性能、成本等方面優于已有技術的 有源相位偏置系統。3.本發明采用的光纖法拉第旋轉鏡，集成了相位偏置、傳感和反射的功能，大 大簡化了系統。
圖1是本發明一個實施例的結構框2是本發明另一個實施例的結構框3是已有技術的反射式的干涉型光纖磁場傳感器的結構框圖
具體實施例方式具體實施實例敘述于后。實施例一參見圖1。本反射式薩格奈克干涉型全光纖磁場傳感器包括寬帶光 源1、光隔離器2、3dB單模光纖耦合器3、光纖起偏器4、保偏傳輸光纜5、四分之一波 片6、法拉第旋轉鏡7、光電探測器8和信號處理單元9。工作原理是光波從寬帶光源 1輸出，通過光隔離器2后，經過光纖耦合器3后進入光纖起偏器4，光纖起偏器4的另 一端與保偏傳輸光纜5成45°焊接，沿保偏傳輸光纜5的兩主軸方向傳播的兩路線偏振光 經過傳感頭的四分之一波片6后，分別變為左旋和右旋圓偏振光，經過法拉第旋轉鏡7反 射后，左旋圓偏振光和右旋圓偏振光相互交換，并產生一個90°的相位差，兩路反射圓 偏振光經過四分之一波片6后，又變回兩路線偏振光，經保偏傳輸光纜5傳輸到光纖起偏器4發生干涉。干涉信號經光纖耦合器3與光電探測器8連接，將光信號變成電信號， 最后由信號處理單元9將處理結果輸出。由于兩路干涉光都是兩次經過傳感元件7，所以 它們的相位差是單向光法拉第旋轉角的4倍。 實施例二參見圖2。本反射式薩格奈克干涉型全光纖磁場傳感器包括寬帶光 源1、光隔離器2、3dB單模光纖耦合器3、偏振分(合)波器10、保偏傳輸光纜5、四分 之一波片6、法拉第旋轉鏡7、第一、第二兩個光電探測器12、11和信號處理單元9。本 實施例是在實施例一的基礎上，用一個偏振分(合)波器10代替光纖起偏器4，并加上一 個第二光電探測器11。兩路反射回的線偏振光在偏振分(合)波器10的兩個反向輸出端 口形成兩路互補的干涉信號，分別由第一光電探測器12和第二光電探測器11進行檢測， 并同時送入信號處理單元9進行處理，由此構成的磁場傳感器可用于直流磁場的測量。
權利要求
1.一種反射式薩格奈克干涉型全光纖磁場傳感器，包括寬帶光源(1)、光隔離 器(2)、3dB單模光纖耦合器(3)、光纖起偏器(4)、保偏傳輸光纜(5)、四分之一波片 (6)、法拉第旋轉鏡(7)、光電探測器(8)和信號處理單元(9)；其特征在于所述寬帶光源 (1)通過光隔離器(2)后接入3dB單模光纖耦合器(3)，3dB單模光纖耦合器(3)的一個 輸出端與光纖起偏器(4) 一端相連，光纖起偏器(4)的另一端與保偏傳輸光纜(5)成45° 焊接，兩正交偏振光通過保偏傳輸光纜(5)進入磁場傳感頭，所述磁場傳感頭包括四分 之一波片(6)和法拉第旋轉鏡(7)，保偏傳輸光纜(5)通過四分之一波片(6)后連接法拉 第旋轉鏡(7)，3dB單模光纖耦合器(3)的另一端口經過光電探測器(8)連接到信號處理 單元(9)。
2.根據權利要求1所述的反射式薩格奈克干涉型磁場傳感器，其特征在于所述光纖起 偏器(4)的另一端與保偏傳輸光纜(5)的連接是光纖。起偏器(4)的保偏尾纖和保偏 傳輸光纜(5)的主軸之間成45°焊接。
3.—種反射式薩格奈克干涉型磁場傳感器，包括寬帶光源(1)、光隔離器(2)、3dB 單模光纖耦合器(3)、偏振分(合)波器(10)、保偏傳輸光纜(5)、四分之一波片(6)、法 拉第旋轉鏡(7)、第一、第二兩個光電探測器(12、11)和信號處理單元(9)，其特征在于 所述寬帶光源⑴通過光隔離器⑵后與3dB單模光纖耦合器(3)相連，3dB單模光纖耦 合器(3)的一個正向端口與所述偏振分(合)波器(10)相連后，偏振分(合)波器(10) 通過保偏傳輸光纜(5)與磁場傳感頭連接；所述磁場傳感頭是所述四分之一波片(6)連接 法拉第旋轉鏡(7)，則所述保偏傳輸光纜(5)與四分之一波片(6)連接；所述3dB單模光 纖耦合器(3)的另一端口連接到第一光電探測器(12)，偏振分(合)波器(10)的另一端 口連接到所述第二光電探測器(11)，第一第二兩個探測器(12、11)的信號同時送入信號 處理單元(9)進行處理。
4.根據權利要求3所述的反射式薩格奈克干涉型磁場傳感器，其特征在于偏振分 (合)波器(10)與保偏傳輸光纜(5)的連接是偏振分(合)波器(10)的保偏尾纖和保 偏傳輸光纜(5)的主軸之間成45°焊接。
全文摘要
本發明公開一種反射式薩格奈克干涉型全光纖磁場傳感器，屬于測試技術領域。它包括寬帶光源、光隔離器、3dB單模光纖耦合器、光纖起偏器、保偏傳輸光纜、四分之一波片、法拉第旋轉鏡和光電探測器及信號處理單元。法拉第旋轉鏡可同時提供無源偏置和傳感的作用，同時和單根保偏傳輸光纜一起組成了全光纖的反射式薩格奈克干涉系統。本發明結構簡單，靈敏度高，可靠性好。
文檔編號G02B6/27GK102023287SQ201010291238
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月21日 優先權日2010年9月21日
發明者肖悅娛 申請人:上海大學