[發明專利]一種耐高溫光纖布拉格光柵的制備及高溫退火方法

在審

• 申請號: 202010511334.0
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111830625A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 劉云啟;吳林坊;司曉龍;牟成博
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

本發明公開了一種耐高溫光纖布拉格光柵的制備及高溫退火方法。本發明的技術特點是，利用193nm準分子激光在未載氫的普通單模光纖和光敏光纖上進行長時間地高能量激光曝光處理，通過引入基于結構重組機理的折射率調制，制備出具有較高熱穩定性的FBG；利用管式高溫爐對所制備的FBG進行高溫退火測試，得到了FBG諧振波長的對比度和溫度之間的關系，實驗結果表明，本發明所制備的FBG在800℃以下可以正常工作；利用管式高溫爐對FBG進行長時間地高溫退火處理，得到了高溫下FBG諧振波長的變化規律。本發明所制備的FBG可望在石油化工、航空航天、金屬冶煉等領域有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明公開了一種耐高溫光纖布拉格光柵(FBG)的制備及高溫退火方法，屬于溫度傳感技術領域。

背景技術

光纖布拉格光柵FBG具有抗電磁干擾、抗腐蝕、體積小、復用能力強等優勢，因此在溫度傳感領域得到了廣泛的應用。而普通工藝制備的FBG在溫度超過250℃時，其纖芯的折射率調制會隨著溫度的升高而被逐漸擦除，故難以應用在溫度超過250℃的環境當中。而石油化工、航空航天、金屬冶煉等領域需要溫度傳感器可以長期、穩定地工作在溫度超過300℃(甚至超過400℃)的環境當中，這對高溫下FBG的穩定性提出了更高的要求，近年來，制備具有高反射率的耐高溫FBG成為研究熱點之一。

在光敏性較差的光纖(例如：SMF-28、DSF、DCF光纖)上制備出具有高反射率的FBG，通常需要預先對光纖經過載氫處理，這使得FBG的制備工藝在一定程度上變得復雜。

目前高溫FBG主要有Ⅰ型FBG、ⅡA型FBG、Ⅱ型FBG，Ⅰ型FBG通常最高可承受300℃的高溫；Ⅱ型FBG可以承受超過900℃的高溫，但Ⅱ型FBG的帶寬較寬，其傳感復用能力和測溫精度受到了一定的限制；ⅡA型FBG的熱穩定性介于Ⅰ型FBG和Ⅱ型FBG之間，在溫度超過500℃時，其反射率會明顯下降，這使得ⅡA型FBG并不是優良的高溫傳感器。

基于FBG的高溫傳感器，通常需要在某些工業領域的高溫環境中穩定工作幾年甚至更久的時間，這要求FBG的諧振波長在同一溫度下不能出現明顯偏差，因此對高溫下(溫度不變)FBG諧振波長的變化規律進行研究是十分有必要的。

發明內容

本發明的目的在于針對已有技術的不足，提供一種耐高溫光纖布拉格光柵的制備及高溫退火方法，使用193nm準分子激光在未載氫的光纖上制備出具有高反射率的耐高溫FBG，通過引入基于結構重組機理的折射率調制，使得所制備的FBG具有較高的熱穩定性。利用管式高溫爐對制備的FBG進行高溫退火測試，得到了FBG諧振峰對比度和溫度之間的關系，結果表明，本發明所制備的FBG在800℃以下可以正常工作。通過在400℃對FBG進行長時間地退火處理，得到了高溫下(溫度不變)FBG諧振波長的變化規律。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種耐高溫光纖布拉格光柵FBG的制備及高溫退火方法，包括如下步驟：

1)調節制備平臺的光路，保證在光纖纖芯處可獲得最強的曝光效果，光纖兩端分別連接寬帶光源及光譜儀監測光柵光譜；

2)控制準分子激光器的工作能量，保持激光的曝光頻率不變，依次對未載氫的普通單模光纖SMF-28、色散位移光纖DSF、雙包層光纖DCF以及硼鍺共摻光纖PS1250進行激光曝光處理，制備出具有高反射率布拉格光柵的FBG；

3)利用管式高溫爐對制備的FBG進行高溫退火，得到了FBG諧振峰對比度和溫度之間的變化關系；

4)利用管式高溫爐對制備的FBG在400℃進行高溫退火處理，得到了高溫下FBG諧振波長的變化規律。

所述未載氫的光纖包括SMF-28、DSF、DCF以及PS1250光纖。