[發(fā)明專利]一種在線制備具有連續(xù)波長(zhǎng)變化的弱光柵陣列裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010071560.1
• 申請(qǐng)日: 2020-01-21
• 公開（公告）號(hào): CN111208602B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余海湖;高文靜;鄭羽;郭會(huì)勇;李政穎;江山;鄭洲;王月明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué);武漢烽理光電技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G02B6/02
• 分類號(hào): G02B6/02;G01B21/10;G01M11/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 孫方旭

本發(fā)明公開了一種在線制備具有連續(xù)波長(zhǎng)變化的弱光柵陣列裝置及方法，該裝置主要包括光纖拉絲塔系統(tǒng)和在線刻寫光柵系統(tǒng)。通過將相位掩模板安裝在一個(gè)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)刻寫光柵中心波長(zhǎng)的準(zhǔn)確、快速調(diào)控，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)由中央控制系統(tǒng)控制，根據(jù)刻寫光柵中心波長(zhǎng)的變化實(shí)時(shí)改變相位掩模板的旋轉(zhuǎn)角度。在線制備具有連續(xù)波長(zhǎng)變化的弱光柵陣列的方法，基于相位掩模法在線刻寫光柵，通過旋轉(zhuǎn)相位掩模板的角度和對(duì)應(yīng)的激光器脈沖能量的增強(qiáng)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)具有相同或可控反射率且中心波長(zhǎng)可連續(xù)變化的光柵陣列的制備。本發(fā)明方案能夠制備出具有連續(xù)波長(zhǎng)變化的弱光柵陣列，可以有效消除全同光柵之間的陰影效應(yīng)和串?dāng)_影響，進(jìn)一步滿足大容量密集光纖傳感網(wǎng)絡(luò)的使用要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖光柵制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在線制備具有連續(xù)波長(zhǎng)變化的弱光柵陣列裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，對(duì)以光纖傳感器為主的傳感網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求。目前光纖傳感網(wǎng)絡(luò)正朝著精度化、密集化和規(guī)模化的方向持續(xù)發(fā)展，進(jìn)一步發(fā)展新型的大容量密集光纖傳感網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為了新一輪信息化浪潮的重大課題。

對(duì)新一代光纖傳感網(wǎng)絡(luò)的性能要求主要有以下兩個(gè)方面：一是傳感的容量要大，包括測(cè)量的點(diǎn)數(shù)多和測(cè)量的范圍廣，如大型的石油管道火警需要數(shù)個(gè)公里長(zhǎng)度和上萬個(gè)傳感點(diǎn)同時(shí)測(cè)量以第一時(shí)間對(duì)火源的產(chǎn)生進(jìn)行預(yù)警；二是傳感的精度要高，可以對(duì)局部小范圍的物理量變化進(jìn)行精確測(cè)量，如對(duì)橋梁、隧道等大型工程中裂紋或缺陷處應(yīng)力的檢測(cè)就需要傳感網(wǎng)絡(luò)具有足夠高的精度。目前有光纖傳感網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)在較長(zhǎng)范圍內(nèi)數(shù)千個(gè)傳感點(diǎn)的測(cè)量，但無法對(duì)局部較小區(qū)域進(jìn)行區(qū)分和精度測(cè)量；同樣有的光纖傳感網(wǎng)絡(luò)可以具有非常高的分辨能力和測(cè)量精度，但其傳感范圍和測(cè)量點(diǎn)數(shù)十分有限。因此，研究開發(fā)一種同時(shí)滿足大容量且高精度的密集光纖傳感網(wǎng)絡(luò)具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。

光纖光柵(Fiber Bragg Grating，F(xiàn)BG)陣列是目前十分熱門的一種光纖傳感網(wǎng)絡(luò)。通過在一根光纖上連續(xù)不斷的寫入一系列光柵，將每一個(gè)光柵作為一個(gè)光纖傳感單元，再利用波分復(fù)用解調(diào)(WDM)技術(shù)和時(shí)分復(fù)用解調(diào)(TDM)技術(shù)對(duì)每一個(gè)光柵反射回來的信號(hào)進(jìn)行區(qū)分識(shí)別，并通過對(duì)光柵中心波長(zhǎng)的準(zhǔn)確測(cè)量實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。基于WDM/TDM技術(shù)的光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)大范圍測(cè)量同時(shí)對(duì)相鄰的FBG進(jìn)行有效區(qū)分以實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量要求。這種技術(shù)需要系統(tǒng)可以精確采集到每一個(gè)光柵的反射信號(hào)，要求光纖光柵陣列具有較低的傳輸損耗和信號(hào)串?dāng)_。專利CN104635295發(fā)明了一種在線光纖光柵制備系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)制備具有較好一致性的光柵陣列。該發(fā)明提出的光柵陣列具有較低傳輸損耗，可以實(shí)現(xiàn)較大容量的光纖傳感網(wǎng)絡(luò)的檢測(cè)要求。但該型光柵陣列為全同型光柵，隨著光柵數(shù)量和排列密度的進(jìn)一步提高，難以解決全同光柵之間相互的信號(hào)串?dāng)_，限制了其容量和精度的進(jìn)一步提高。

專利CN105259610A發(fā)明了一種光纖光柵陣列在線制備多波長(zhǎng)有序切換裝置及方法。該裝置可以在刻寫光柵過程中切換不同周期的相位掩模板，在一根光纖上刻寫出具有不同波長(zhǎng)類型的光纖光柵。該發(fā)明有效降低了全同光柵陣列中存在的光柵信號(hào)串?dāng)_影響，提高了光纖傳感網(wǎng)絡(luò)的容量。但該方法需要不斷的切換相位掩模板，其刻寫光柵的波長(zhǎng)種類和相鄰光柵的間隔受到了一定的限制，難以進(jìn)一步滿足大容量密集光纖傳感網(wǎng)絡(luò)的使用要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中制備多波長(zhǎng)光柵陣列存在的波長(zhǎng)種類少、難以完全消除光柵串?dāng)_的缺陷，提出一種在線制備具有連續(xù)波長(zhǎng)變化的弱光柵陣列裝置及方法，實(shí)現(xiàn)光柵陣列在大容量密集光纖傳感網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種在線制備具有連續(xù)波長(zhǎng)變化的弱光柵陣列裝置，包括中央控制系統(tǒng)、預(yù)制棒送料裝置、高溫加熱爐、光纖直徑檢測(cè)裝置、在線刻寫光柵平臺(tái)、雙重涂覆固化裝置和光纖牽引成盤裝置；光纖直徑檢測(cè)裝置上方依次設(shè)置預(yù)制棒送料裝置、高溫加熱爐，制備的光纖經(jīng)過光纖直徑檢測(cè)裝置、在線刻寫光柵平臺(tái)，到達(dá)光纖牽引成盤裝置。該光柵平臺(tái)依次包括激光器刻寫裝置、擴(kuò)束柱面透鏡、整形柱面透鏡、聚焦柱面透鏡和相位掩模板，激光器光束經(jīng)透鏡組擴(kuò)束、整形后聚焦在位于相位掩模板后的裸纖上，進(jìn)行光柵的刻寫。