[發明專利]一種基于雙包層光纖的多參量測量裝置

在審

• 申請號: 202010930633.8
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112146690A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 苑立波;王洪業
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供的是一種基于雙包層光纖的多參量測量裝置。所述的裝置包括依次相連的光源1、單模光纖2、起偏器3、偏振控制器4、具有傾斜光柵6的雙包層光纖5以及信號解調器7。所述的雙包層光纖具有內外兩層包層，傾斜光柵刻制在纖芯上。光源發出的光經過傾斜光柵后形成梳狀透射譜，透射譜包含Bragg諧振峰，內包層諧振峰以及外包層諧振峰。當傾斜光柵外部環境變化時，傾斜光柵透射譜發生變化，通過監測諧振峰波長和強度變化實現對溫度、彎曲、軸向應變、折射率等參量的實時檢測，具有體積小、響應快、靈敏度高等優點。

(一)技術領域

本發明涉及一種基于雙包層光纖的多參量測量裝置，具體涉及一種基于雙包層傾斜光柵傳感器，可以對溫度、彎曲、折射率等參量進行測量，屬于光纖傳感技術領域。

(二)背景技術

溫度、應變和環境折射率的測量是生化工程、環境監測和醫學科學中的一個重要過程。光纖傳感器以其體積小、響應快、可操作性強等優點得到了廣泛的關注。在光纖傳感領域，光纖光柵的應用和研究也已非常普遍和實用化。光纖Bragg光柵傳感器主要用于應力應變、溫度和濕度的測量，但Bragg波長對應力和溫度的變化均很敏感，很難消除交叉串擾問題。雖然長周期光纖光柵對環境折射率的測量具有優良的性能，但其對周圍環境的擾動具有高交叉敏感性是不容忽視的。

為了使沿纖芯傳輸的光能夠與外界環境直接相互作用，已經有很多方法被報道，比如去除光纖包層、D型光纖等使纖芯傳輸的光直接作用于外界環境，但這些方法需要嚴格的工藝控制、結構不穩定，不易量產。傾斜光柵由于其獨特的物理結構，包含了Bragg光柵和長周期光柵的優勢，可以成功的克服這些缺點，在對各種參數的同時測量中顯示出巨大的潛力。但是目前的傾斜光柵在制作設計中，存在著傾斜角度太大，制備起來較為困難，傳感量間存在交叉影響，且只能同時測量溫度和折射率，以及對環境適應性不足等缺陷。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種基于雙包層光纖的多參量測量裝置，可以對溫度、彎曲、折射率等參量進行測量。

為達到上述目的，本發明采用的方案是：

一種基于雙包層光纖的多參量測量裝置，包括光源、單模光纖、起偏器、偏振控制器、具有傾斜光柵的雙包層光纖以及信號解調器。

所述的光源通過單模光纖與起偏器相連接，起偏器連接偏振控制器，偏振控制器通過單模光纖與帶有傾斜光柵的雙包層光纖相連接，雙包層光纖的另一端通過單模光纖與信號解調器相連接。

本發明的工作原理：

雙包層光纖傾斜光柵的纖芯折射率調制相對于纖芯軸線成一定角度。當光源發出的光經過傾斜光柵時，除了可以將纖芯內Bragg波長反射外，還可以將部分纖芯能量后向耦合到光纖包層中，這些后向耦合的包層模式每一個都有自己特定的耦合波長和模場分布。

每一個包層模式的有效折射率與其耦合波長之間的關系可以用相位匹配條件表示：

λ_Bragg＝(n_core+n_core)Λ/cosθ

λ_clad,i＝(n_clad,i+n_core)Λ/cosθ

其中，下標i表示模數，n_core和n_clad,i分別是纖芯和包層模式(第i階)的有效折射率，Λ是用于創建光柵的干涉圖樣的周期，θ是光柵的傾斜角度，即光柵平面相對于光纖截面的傾斜角。