[發明專利]基于閃耀長周期光纖光柵的折射率傳感器

無效

• 申請號: 201110053392.4
• 申請日: 2011-03-04
• 公開（公告）號: CN102183488A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 馮亭;延鳳平;李琦;陶沛琳;彭萬敬;梁驍;王強
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01J1/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 毛燕生

技術領域

本發明涉及光纖傳感技術領域，具體地說是一種基于閃耀長周期光纖光柵(TLPFG)的折射率傳感器。

背景技術

折射率的測量技術應用廣泛，其應用領域包括：環境檢測與監控、工業過程監控、化學、生物以及醫療等等。

與傳統的基于棱鏡的折射率測量方法相比，基于光纖光學的測量技術因其獨特的優點越來越引起人們的注意。基于光纖光學的傳感器的優點有：耐高溫、抗腐蝕、抗電磁干擾、體積小、對被測環境的影響小、可以遠程測量和易于實現分布式的多點傳感等。

在光纖光學的傳感領域有一種起著舉足輕重作用的新型無源光器件-光纖光柵，光纖光柵是在光纖中建立起的一種空間周期性的折射率分布，它可以改變和控制光在光纖中的傳播行為。利用光纖光柵的特點，可以制作各種各樣的傳感器，對多種參量進行實施監測。近年來隨著光纖光柵制作技術和應用的不斷發展，一種新型的光纖光柵-閃耀(也叫傾斜)光纖光柵因在波分復用通信系統、環境折射率的測量以及解決交叉敏感問題等方面呈現出的驚人的潛在價值和廣闊的應用前景受到了各國研究人員的青睞。

閃耀光柵是一種光柵條紋和光纖軸向存在一定角度的特殊光柵。目前對于閃耀布拉格光柵(TFBG)的研究較多，并且基于TFBG的溫度、壓力、濕度和折射率等傳感器也都有報道。但是對于閃耀長周期光纖光柵(TLPFG)的研究還很少，基于TLFBG的傳感器的報道也幾乎沒有。

發明內容

本發明的目的在于提出了一種用于測量環境折射率的傳感器，該傳感器是基于閃耀長周期光纖光柵(TLPFG)設計的，能夠在環境溫度不變的情況下可以測量環境折射率的基于TLPFG的傳感器。

本發明采取了如下技術方案。該傳感器包括沿光的傳播方向依次布置的激光光源、窄帶濾波器、起偏器、偏振控制器、保偏光纖、TLPFG、多模光纖和激光功率計。其中：TLPFG輸出的激光經過多模光纖進入光功率計，光功率計將測得的功率值輸入計算機處理系統，計算機處理系統經過分析計算得到TLPFG包層外界環境折射率的大小。光柵的傾斜角的取值范圍為大于45度且小于90度。TLPFG可以將某個特定波長的偏振光耦合到包層中，使其成為包層模或輻射模，這些模式會隨著包層外界環境折射率的不同向包層外泄漏不同量的光，從而根據剩余光功率的大小分析計算得知包層外界環境折射率的大小。

相對于現有技術而言，本傳感器系統采用TPLFG作為傳感探測器件，采用偏振光作為輸入信號光，整個系統具有靈敏度高，體積小，成本低，抗腐蝕和抗電磁干擾等優點。

附圖說明

圖1TLPFG在光柵周期為340μm，光柵傾斜角為80°時的透射光譜圖；

圖2TLPFG的工作示意圖；

圖3基于閃耀長周期光纖的折射率傳感器示意圖；

圖中：1、長周期光柵所決定的損耗峰，2、光柵傾斜所帶來的損耗峰，3、激光光源，4、窄帶濾波器，5、起偏器，6、偏振控制器，7、TPLFG，8、光功率計，9、計算機處理系統，10、保偏光纖，11、多模光纖。

具體實施方式

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

如圖3所示，本發明的結構包括激光光源3、窄帶濾波器4、起偏器5、偏振控制器6、TLPFG7、光功率計8、計算機處理系統9、保偏光纖10和多模光纖11。其中：激光光源3、窄帶濾波器4、起偏器5、偏振控制器6、TLPFG7和光功率計8沿光的傳播方向依次布置，TLPFG輸出的激光經過多模光纖進入光功率計，光功率計將測得的功率值輸入計算機處理系統，計算機處理系統經過分析計算得到TLPFG包層外界環境折射率的大小。

如圖2所示，本實施例利用TLPFG作為傳感探測器件，其中的TLPFG的周期Λ和光柵傾斜角θ可以根據需要設定，從而可以設置整個系統的工作波長。光柵傾斜角θ的取值范圍一般為大于45°且小于90°。

如圖3所示，在環境溫度不變的情況下，由激光光源3產生激光，激光經過窄帶濾波器4選出預先設定好的波長的光，然后此波長的光經過起偏器5輸出偏振光，之后輸出的偏振光經過偏振控制器6輸出所需要的偏振化方向的偏振光，此偏振光再經過保偏光纖10進入TLPFG7被耦合進入包層，之后一部分光泄漏出光纖，一部分從TLPFG7輸出經過多模光纖11進入光功率計8，得到輸出光功率，最后將得到的功率值輸入計算機處理系統9，經過分析計算，得到TLPFG7包層外界環境折射率的大小。