[實用新型]多維應力光子晶體光纖測試裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420490754.5
• 申請日: 2014-08-28
• 公開（公告）號: CN204115925U
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設計）人: 徐德剛;嚴德賢;石嘉;徐偉;姚建銓;陸穎
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;H01S3/067
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

技術領域

本實用新型涉及光子晶體光纖傳感領域，具體講，涉及多維應力光子晶體光纖測試裝置。?

背景技術

隨著科技的進步，人們對傳感器的要求越來越高，光纖傳感器以其本身優(yōu)點在科研和工業(yè)應用中一直占有重要的地位。與傳統(tǒng)的傳感器相比，光纖應力傳感器以其造價低廉、重量輕、不受電磁輻射等影響等優(yōu)點而被廣泛應用，在國家安全、重大工程、生物醫(yī)藥等多個領域具有重大的社會需求和應用前景。由于大多數(shù)光纖只用石英材料，通過特殊的微結構實現(xiàn)導光，當給光纖施加應力時，會改變光纖的微結構，導致諧振波長的變化，因此可以用來實現(xiàn)應力傳感。?

光纖受到應力將引起彎曲傳感損耗,光纖中傳輸?shù)墓鈴娨蚬饫w彎曲損耗受到調(diào)制。光纖應力傳感的主要機理是模式耦合，即纖芯中傳輸?shù)膶ｑ詈系捷椛淠Ｖ须S之輻射到光纖之外。目前光纖應力傳感的成熟度和應用情況相對不足，大部分的研究也是基于光纖光柵。該研究將兩個光纖光柵分別貼在待檢測機構的兩個面上，當機構發(fā)生彎曲變形時，通過檢測兩個光纖光柵特征波長變化量來實現(xiàn)應力傳感。這種方法的缺點是在貼附光纖光柵時兩者的位置要精確對應，而且還要考慮環(huán)境溫度對傳感的影響。為了克服光纖光柵的不足，又提出了基于光子晶體光纖的應力傳感方法，如基于拉錐光子晶體光纖的馬赫-澤德干涉儀。將拉錐光子晶體光纖兩端的空氣孔塌陷，然后分別熔接標準單模光纖，以此來構成應力傳感器。然而，由于光纖不同彎曲方向的諧振波長彎曲靈敏度幾乎相同，因此上述的光纖應力傳感器只能檢測到一維應力，而不能夠進行多維應力。在許多實際的工程測量應用中，往往需要進行多維應力的測量。目前，已報道的多維應力傳感使用紫外光在氫載光纖中寫入的具有一定的應力相關性的兩個長周期光纖光柵相互配合在一定程度上可以解決工程測量中的多維應力傳感問題。但是這種方法需要使用多個傳感器組合測量，長周期光纖光柵受溫度影響較大，檢測精度不高，依據(jù)能量損耗實現(xiàn)應力測量存在較大誤差。?

近年來，多芯光子晶體光纖的概念被提出。多芯光子晶體光纖各個纖芯之間的光場相互耦合可以形成所謂“超模”，其中的同相超模具有類高斯型的遠場強度分布，有效模場分布面積較大。多芯光子晶體光纖激光器，就是采用有源多芯光子晶體光纖作為激光增益介質的激光器。有源多維應力光子晶體光纖傳感裝置不僅具有常規(guī)光子晶體光纖傳感裝置的眾多優(yōu)良特性,并且由于有源傳感裝置將光源與傳感器及其傳輸介質集合到一起,進一步增強了結構的緊湊性,并有很高的穩(wěn)定性和靈敏度，可以實現(xiàn)多維應力傳感。?

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供一種基于光子晶體光纖激光器的新型多維應力傳感裝置。將雙包層摻鐿多芯光子晶體光纖作為激光增益物質的同時，還可以將其作為多維應力傳感器，以此來實現(xiàn)多維應力傳感。采用該傳感器裝置，可以對空間多維應力進行檢測，能夠檢測到?從空間多方向施加的應力。同時，相比較于以往的應力傳感器，能夠簡化傳感器裝置，減小裝置的體積，提高應力測量的靈敏度。并且省去了傳統(tǒng)光纖應力傳感器使用的昂貴的光譜分析儀和寬帶光源，節(jié)約了成本。由于硅基光子晶體光纖的超低溫度靈敏性，該多維應力傳感器能夠在室溫條件下穩(wěn)定運行。為此，本實用新型采取的技術方案是，多維應力光子晶體光纖測試裝置，包括：依次相連的激光泵浦源、泵浦耦合系統(tǒng)、雙色鏡、激光增益介質、光子晶體光纖端面作為輸出鏡；激光增益介質為雙包層摻鐿多芯光子晶體光纖，雙包層摻鐿多芯光子晶體光纖的中部一段兩端由高精度調(diào)整架固定形成應力傳感部分；多芯光子晶體光纖的一個端面作為輸出鏡，依靠4％的菲涅爾反射，與雙色鏡構成激光諧振腔；增益光子晶體光纖的輸出依次通過顯微物鏡、光衰減片、CMOS探頭輸出到計算機處理系統(tǒng)。?

半導體激光器作為激光泵浦源，通過尾纖和耦合器連接，對有源多心光子晶體光纖進行泵浦，其固定輸出波長為978nm，由尾纖輸出。尾纖通過快速接頭PMA與耦合器相接。?

光纖輸出聚焦鏡作為泵浦耦合系統(tǒng)，倍率為1:0.5,978nm波長泵浦光透過率>95％，工作距離為30mm，數(shù)值孔徑為0.22。?

雙包層摻鐿多芯光子晶體光纖作為產(chǎn)生激光的增益介質，得到1036nm附近的激光輸出；泵浦端面鏡采用雙色鏡緊貼有源光子晶體光纖的端面，它在978nm波長高透，1036nm高反；多芯光子晶體光纖的另一個端面作為激光出射鏡。?

雙色鏡，978nm波長高透，1036nm波長高反。?

與已有技術相比，本實用新型的技術特點與效果：?