多芯光纤芯芯相连方法、多芯光纤及实时分布式传感系统

本发明属于光纤传感，尤其涉及一种多芯光纤芯芯相连方法、多芯光纤及实时分布式传感系统。

背景技术：

1、光频域反射技术(optical frequency domain reflectometry,ofdr)作为一种高精度、高空间分辨率的分布式光纤传感技术，被广泛应用于定位测量、温度测量、应变测量和振动形状传感测量等领域。在现有的ofdr系统中，用于环境感知的传感介质多为多芯光纤，通过采集多个纤芯在不同环境状态时的信息，对光纤所处的环境信息进行判断、定位及测量。然而，在现有测量技术中，例如，在采集同一环境下不同纤芯的信息时，需要借助光开关在不同纤芯之间进行切换，这会导致采集环境状态信息时出现较为明显的时间滞后，较难实现对环境信息实时且精准的测量。还有些多芯光纤中通过光纤跳线将两两纤芯连接以实现信号采集和传输，但是由于光纤跳线体积较大，还容易浪费解调资源，在实际应用时也存在诸多局限性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对在现有多芯光纤环境状态感知的ofdr系统中，因借助光开关实现对多芯光纤中各个纤芯的切换导致信息采集滞后以及采用光纤跳线应用局限性较大的问题，提出一种多芯光纤芯芯相连方法，采用该方法连接得到的具有光通道的多芯光纤能够有效应用于实时分布式传感系统或内窥镜，从而实现实时分布式环境传感所需的信息采集精准、快速、可靠等要求。

2、为了实现上述目的，本发明提出一种多芯光纤芯芯相连方法、多芯光纤及实时分布式传感系统，具体实施方法为将多芯光纤的两两纤芯采用微通道连接线连接起来，并将其应用于实时分布式传感系统或内窥镜。

3、一方面，本发明提供一种多芯光纤芯芯相连方法，所述方法包括：

4、多芯光纤的两两纤芯依次连接以形成一条光通道；以及

5、两两所述纤芯之间依次通过微通道连接线进行连接。

6、在一些实施例中，所述纤芯个数为n，其中，n为大于等于2的正整数；

7、当n为偶数时，所述光通道的入光方向与出光方向相反；

8、当n为奇数时，所述光通道的入光方向与出光方向相同。

9、在一些实施例中，所述通过微通道连接线进行连接的方法包括以下步骤：

10、在用于相互连接的两两所述纤芯的端口之间设置激光增材材料；

11、控制飞秒激光器发射出光束，使所述光束聚焦到激光增材材料内部并形成光斑；

12、通过移动台控制光斑在激光增材材料内部移动并形成连接着两两纤芯的轨迹，所述轨迹在两两纤芯之间形成微通道。

13、在一些实施例中，所述激光增材材料为光刻胶，所述光刻胶的折射率与纤芯折射率一致或高于纤芯折射率；两两所述纤芯的长度和折射率均一致；每一光纤具有第一端和与所述第一端相对设置的第二端，第n-1个光纤的第一端与第n个光纤的第一端相连，所述第n个光纤的第二端与所述第n+1个光纤的第二端相连，n为大于等于2的正整数。

14、在一些实施例中，所述通过微通道连接线进行连接的方法还包括以下步骤：

15、预先设计两两所述纤芯的端口之间的空芯光纤结构几何参数；

16、在用于相互连接的两两所述纤芯的端口之间设置基底材料；

17、依据所述空芯光纤结构几何参数，利用化学腐蚀或激光选择性刻蚀在基底内部设置空芯光纤结构，所述空芯光纤结构形成连接着两两纤芯的轨迹，所述轨迹在两两纤芯之间形成微通道。

18、在一些实施例中，所述空芯光纤结构为空芯反谐振结构、空芯光子带隙结构中的一种或多种。

19、在一些实施例中，所述通过微通道连接线进行连接的方法还包括以下步骤：

20、用激光改变连接两两所述纤芯之间的材料的折射率，使所述材料内部形成折射率差；

21、利用所述折射率差形成连接着两两纤芯的轨迹，所述轨迹在两两纤芯之间形成微通道。

22、在一些实施例中，所述用激光改变连接两两所述纤芯之间的材料的折射率，使所述材料内部形成折射率差，包括：

23、在一些实施例中，所述通过微通道连接线进行连接的方法还包括以下步骤：

24、在用于相互连接的两两所述纤芯的端口之间设置掺杂染料的光固化环氧树脂；

25、将一定波长的激光照射到所述掺杂染料的光固化环氧树脂中，使染料吸收光并在自写光聚合的过程中，所述光固化环氧树脂与外部的折射率变化形成折射率差。

26、在一些实施例中，相互连接的两两所述纤芯之间采用的是相同材料、相同长度的微通道连接线。

27、另一方面，本发明还提供一种多芯光纤，所述多芯光纤包括包层和设置于所述包层中的多个纤芯；

28、所述多芯光纤中的两两纤芯之间依次通过微通道连接线连接以形成一条光通道。

29、在一些实施例中，多个纤芯的数量为n,n≥2；每一纤芯具有一第一端以及与所述第一端连通且相对设置的第二端；

30、其中，当n＝2，第一纤芯的所述第一端与第二纤芯的所述第一端连接，所述第一纤芯和第二纤芯之间连接有所述微通道连接线；

31、当n≥3，第n纤芯的所述第一端与第n-1纤芯的所述第一端连接，所述第n纤芯的所述第二端与第n+1纤芯的所述第二端连接；所述第n纤芯和第n-1纤芯之间、第n纤芯和第n+1纤芯之间均分别连接有所述微通道连接线；其中2≤n≤n-1，n、n均为正整数；

32、所述每一纤芯的第一端均位于所述多芯光纤的相同一侧，所述每一纤芯的第二端均位于所述多芯光纤的另外相同一侧。

33、在一些实施例中，所述多芯光纤为多芯直线光纤、多芯螺旋光纤、多芯弱光栅阵列光纤、多芯螺旋弱光栅阵列光纤和光纤束中的一种。

34、另一方面，本发明还提供一种实时分布式传感系统，多芯光纤的两两纤芯之间通过微通道连接线依次连接后，应用于实时分布式传感系统；所述实时分布式传感系统包括：可调谐激光器、波长标定模块、辅助干涉仪和主干涉仪；其中，

35、所述可调谐激光器输出光经分光后传输至波长标定模块、辅助干涉仪和主干涉仪；

36、所述波长标定模块用于对接收到的光进行处理，以获得可调谐激光器的输出光的绝对波长；

37、所述辅助干涉仪用于对接收到的光进行处理，以获取可调谐激光器的输出光的相位变化；

38、所述主干涉仪用于对接收到的光进行处理，以获取所述多芯光纤处于不同环境时的信号；

39、经所述波长标定模块、辅助干涉仪和主干涉仪处理后的数据均通过数据采集模块传输至上位机。

40、另一方面，本发明还提供一种内窥镜，采用上述所述的实时分布式传感系统。

41、本发明的有益效果在于：区别于现有技术，本发明提出的多芯光纤芯芯相连方法，通过将多芯光纤中的两两纤芯之间用微通道连接线依次连接以形成一条光通道，并将基于此多芯光纤芯芯相连方法得到的具有光通道的多芯光纤应用于实时分布式传感系统或内窥镜进行测量，无需采用光开关模块，能够有效实现多个纤芯对某一时刻环境的精准测量，也无需使用光纤跳线连接，有效节省解调资源，具有实时、小型化、可靠性高和集成化高等优点，满足不同的测量环境要求。