[發(fā)明專利]基于傾斜光纖Bragg光柵的2μm波段三參量光纖傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711497662.4
• 申請(qǐng)日: 2017-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN108318060B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程丹;延鳳平;馮亭;譚思宇;白燕;韓文國(guó);張魯娜;王偉;白卓婭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D5/26
• 分類號(hào): G01D5/26
• 代理公司: 北京金之橋知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11137
• 代理人: 林建軍

本發(fā)明提供了一種基于傾斜光纖Bragg光柵的2μm波段三參量光纖傳感器及其使用方法，該光纖傳感器包括寬譜光源(101)、第一單模光纖(102)、傾斜光纖Bragg光柵(103)、第二單模光纖(104)以及光譜儀(105)。本發(fā)明設(shè)計(jì)的光纖傳感器，可以同時(shí)對(duì)溫度、軸向應(yīng)變與環(huán)境折射率進(jìn)行傳感，實(shí)現(xiàn)待測(cè)溫度、軸向應(yīng)變與環(huán)境折射率的實(shí)時(shí)檢測(cè)；具有體積小、響應(yīng)快、精度高、可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有有益的技術(shù)效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種基于傾斜光纖Bragg光柵的2μm波段三參量光纖傳感器，可以同時(shí)對(duì)溫度、軸向應(yīng)變與環(huán)境折射率進(jìn)行傳感。

背景技術(shù)

目前，對(duì)于2μm波段的理論和實(shí)驗(yàn)研究正處于快速發(fā)展階段。Tm3+，Ho3+離子摻雜的玻璃纖維材料具有從1.7μm到2.1μm的寬增益帶寬范圍，且增益范圍與大氣氣體吸收線有很好的重疊，如H2O和CO2，令其很適用于CO2氣體檢測(cè)及其他傳感測(cè)量。而且，此工作帶寬也為激光在人眼安全波段提供了較寬的運(yùn)作范圍。由于這些優(yōu)勢(shì)，在2μm波段工作的器件可廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、激光雷達(dá)、遙感探測(cè)、軍事技術(shù)等領(lǐng)域。

溫度、軸向應(yīng)變和環(huán)境折射率(SRI)的測(cè)量是生化工程、環(huán)境監(jiān)測(cè)和醫(yī)學(xué)科學(xué)中的一個(gè)重要過程。光纖傳感器以其體積小、響應(yīng)快、可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的關(guān)注。在光纖傳感領(lǐng)域，光纖光柵的應(yīng)用和研究已也非常普遍和實(shí)用化。光纖Bragg光柵傳感器主要用于應(yīng)力應(yīng)變、溫度和濕度的測(cè)量，但Bragg波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)力和溫度的變化均很敏感，很難消除交叉串?dāng)_問題。雖然長(zhǎng)周期光纖光柵(LPFG)對(duì)環(huán)境折射率的測(cè)量具有優(yōu)良的性能，但其對(duì)周圍環(huán)境的擾動(dòng)具有的高交叉敏感性是不可忽視的。

傾斜光纖Bragg光柵由于其獨(dú)特的物理結(jié)構(gòu)，傾斜光纖Bragg光柵包含了光纖Bragg光柵和長(zhǎng)周期光纖光柵的優(yōu)勢(shì)，可以成功地克服這些缺點(diǎn)，在對(duì)各種參數(shù)的同時(shí)測(cè)量中顯示出巨大的潛力。但是目前的傾斜光纖Bragg光柵在制作設(shè)計(jì)中，傾斜角度太大，波段范圍廣，并且只能同時(shí)測(cè)量溫度和折射率，存在著傳感器響應(yīng)慢、測(cè)量精度低、以及對(duì)環(huán)境適應(yīng)性不足的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述不足，本發(fā)明提供了一種基于傾斜光纖Bragg光柵的2μm波段三參量光纖傳感器，可以同時(shí)對(duì)溫度、軸向應(yīng)變與環(huán)境折射率進(jìn)行傳感。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于傾斜光纖Bragg光柵的2μm波段三參量光纖傳感器，包括寬譜光源(101)、第一單模光纖(102)、傾斜光纖Bragg光柵(103)、第二單模光纖(104)以及光譜儀(105)，其特征在于：

所述寬譜光源(101)通過光纖連接器與所述第一單模光纖(102)一端相連接，所述第一單模光纖(102)的另一端與所述傾斜光纖Bragg光柵(103)的一端連接，所述傾斜光纖Bragg光柵(103)的另一端與所述第二單模光纖(104)的一端連接，所述第二單模光纖(104)的另一端通過光纖連接器與所述光譜儀(105)連接。

優(yōu)選地，所述第一單模光纖(102)與所述傾斜光纖Bragg光柵(103)通過光纖連接器連接或者通過光纖熔接機(jī)熔接連接。

優(yōu)選地，所述傾斜光纖Bragg光柵(103)與所述第二單模光纖(104)通過光纖連接器連接或者通過光纖熔接機(jī)熔接連接。

優(yōu)選地，所述傾斜光纖Bragg光柵(103)使用紫外曝光的相位掩膜法制作。

優(yōu)選地，所述傾斜光纖Bragg光柵(103)制作時(shí)需要將相位掩膜版傾斜，傾斜角度為2°。

優(yōu)選地，所述傾斜光纖Bragg光柵(103)的芯模透射峰波長(zhǎng)、第25階包層模透射峰波長(zhǎng)和第28階包層模透射峰波長(zhǎng)作為所述光纖傳感器的特征波長(zhǎng)。

優(yōu)選地，所述光纖傳感器，同時(shí)對(duì)溫度、軸向應(yīng)變與環(huán)境折射率進(jìn)行傳感，實(shí)現(xiàn)待測(cè)溫度、軸向應(yīng)變與環(huán)境折射率的實(shí)時(shí)檢測(cè)。