[發(fā)明專利]一種基于液體填充的光子晶體光纖快光時(shí)間提前溫度傳感方法及傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710876858.8
• 申請(qǐng)日: 2017-09-25
• 公開（公告）號(hào): CN107860488B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷景麗;牛帥斌;侯尚林;王道斌;李曉曉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘭州理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01K11/322
• 分類號(hào): G01K11/322
• 代理公司: 福州市景弘專利代理事務(wù)所(普通合伙) 35219
• 代理人: 顧克帥;林祥翔

本發(fā)明公開一種基于液體填充的光子晶體光纖快光時(shí)間提前溫度傳感方法和傳感器，光子晶體光纖空氣孔填充折射率對(duì)溫度敏感的液體；經(jīng)過(guò)電光調(diào)制器EOM調(diào)制后的脈沖光傳輸至摻餌光纖放大器EDFA，摻餌光纖放大器EDFA連接可自發(fā)輻射噪聲濾除的環(huán)形器和光纖光柵，光纖光柵連接第一光纖耦合器OC，第一光纖耦合器OC輸出千分之一的信號(hào)作為參考光至第1輸出端，剩余的光經(jīng)一個(gè)光纖環(huán)形器至環(huán)形布里淵震蕩腔,環(huán)形布里淵震蕩腔下方的第二光纖耦合器OC輸出10％的信號(hào)光和斯托克斯光,10％的信號(hào)光傳輸至第2輸出端；將第2端輸出的信號(hào)光與1端輸出的信號(hào)光進(jìn)行快光時(shí)間提前對(duì)比，通過(guò)時(shí)間提前與溫度的關(guān)系來(lái)測(cè)控溫度的變化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光子晶體光纖溫度傳感方法和傳感器，尤指應(yīng)用于液體填充的光子晶體光纖的傳感方法和傳感器。

背景技術(shù)

光在傳播時(shí)的群速度加快或者減慢的物理現(xiàn)象稱為快慢光。近幾十年來(lái)，隨著光信息處理和光通信等技術(shù)的發(fā)展，將光的群速度進(jìn)行調(diào)控已經(jīng)成為了光學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。快慢光技術(shù)在光信息處理，光傳感，以及光通信等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。隨著光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展，在光纖中控制光的群速度變得越來(lái)越重要。光纖中的可控快慢光技術(shù)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，更是吸引了更多的關(guān)注和研究。光纖中的快慢光技術(shù)對(duì)于光緩存器件的發(fā)展以及全光通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)具有重大的意義。

目前，對(duì)于基于空氣孔填充的光子晶體光纖PCF的傳感尤其是溫度傳感已有較多報(bào)道。2010年，Han等利用液體填充的光子晶體光纖PCF設(shè)計(jì)了一種基于強(qiáng)度調(diào)制的光子晶體光纖PCF溫度傳感器。

中國(guó)專利CN 102288326B公開一種填充混合液的光子晶體光纖溫度測(cè)量方法，其特征是，包括下列步驟：調(diào)制對(duì)溫度敏感的混合液：乙醇與氯仿按照0.3：0.7的配比調(diào)配得到的混合液；或者乙醇與甲苯按照0.45：0.55或者0.6：0.4的配比調(diào)配得到的混合液；將上述對(duì)溫度敏感的混合液填充至光子晶體光纖；光子晶體光纖的兩端分別熔接一段單模光纖，將熔接完畢后的一段單模光纖連接到光源，另一段單模光纖連接功率計(jì)；將填充混合液后的光子晶體光纖置于所需檢測(cè)的、溫度會(huì)發(fā)生變化的環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試。

中國(guó)專利CN102620859B公開一種基于表面增強(qiáng)拉曼散射的光子晶體光纖溫度傳感器，采用纖芯包層結(jié)構(gòu)，光纖為帶隙型空芯光子晶體光纖，纖芯為芯層空氣孔，光纖包層中均布沿軸向呈正六邊形周期性排列的包層空氣孔，包層空氣孔直徑小于芯層空氣孔直徑，芯層空氣孔內(nèi)壁沉積或鍍有金屬納米顆粒，芯層空氣孔內(nèi)填充羅丹明膠體溶液。

2014年Geng等利用液體填充的光子晶體光纖PCF設(shè)計(jì)出一種基于馬赫增德?tīng)柛缮鎯x的高靈敏溫度傳感器。溫度靈敏度達(dá)到了-1.83nm/℃。2016年，Yashar等人利用纖芯填充液體的光子晶體光纖PCF進(jìn)行受激布里淵散射SBS慢光數(shù)值模擬。

總的來(lái)說(shuō)，關(guān)于光子晶體光纖PCF的溫度傳感的研究主要是基于折射率引導(dǎo)型光子晶體光纖PCF。而目前對(duì)于液體填充的光子晶體光纖PCF中溫度對(duì)于快光傳感特性的研究還是一個(gè)空白。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于快光時(shí)間提前的溫度傳感方法和傳感器，將光子晶體光纖液體填充與快光結(jié)合，具有較高的靈敏性，有廣泛的應(yīng)用前景。

為達(dá)成上述目的，本發(fā)明一種基于液體填充的光子晶體光纖快光時(shí)間提前溫度傳感方法，光子晶體光纖空氣孔中填充折射率對(duì)溫度敏感的液體；在一個(gè)足夠強(qiáng)的高斯脈沖信號(hào)光沿著光纖-z方向傳輸，產(chǎn)生的斯托克斯光可以作為沿著+z方向傳輸?shù)谋闷止猓暡ê腿肷湫盘?hào)光的方向是一樣的。當(dāng)信號(hào)光的中心頻率比斯托克斯光的頻率高一個(gè)布里淵頻移Ω_B，此時(shí)高斯脈沖信號(hào)光經(jīng)歷衰減過(guò)程，,產(chǎn)生時(shí)間提前，在小信號(hào)穩(wěn)態(tài)解的條件下可以得到信號(hào)光的時(shí)間提前量，在光子晶體光纖填充溫度敏感液體后單位溫度下快光時(shí)間提前量改變?cè)酱?，通過(guò)快光時(shí)間提前量與溫度的關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的監(jiān)控。