[發明專利]一種啁啾光纖布拉格光柵法布里-珀羅干涉儀彎曲傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202210848693.4
• 申請日: 2022-07-19
• 公開（公告）號: CN115290005A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 于永森;潘學鵬;國旗;陳岐岱;孫洪波
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01B11/255
• 分類號: G01B11/255
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純

1.一種啁啾光纖布拉格光柵法布里-珀羅干涉儀彎曲傳感器，其特征在于，包括單模光纖，所述單模光纖的纖芯兩側設有啁啾光纖布拉格光柵CFBG，所述啁啾光纖布拉格光柵所在平面平行于所述單模光纖纖芯的軸線，兩個啁啾光纖布拉格光柵的周期和啁啾率相同，且兩個啁啾光纖布拉格光柵之間具有一定的前后錯位距離，兩個啁啾光纖布拉格光柵反射的光在纖芯中傳輸，光柵反射的光的波長相同，其前后錯位距離使兩束反射光形成了光程差，最終產生了干涉現象，構成了光纖法布里-珀羅干涉儀，光柵的前后錯位距離即為干涉腔長；

該彎曲傳感器的曲率測量方法如下：當光纖彎曲時，兩個CFBG的反射能量發生不同程度的損耗，使兩個CFBG的反射能量差發生變化，導致多個干涉波谷的能量強度變化；曲率半徑與干涉儀的多個干涉波谷的能量強度相關；通過測量干涉波谷強度即可測出光纖彎曲曲率；

該彎曲傳感器的光纖彎曲方向測量方法如下：當光纖向上/向下彎曲時，由于彎曲方向不同，兩個CFBG的反射率發生了不同程度的損耗，具體來說，彎曲方向外側的CFBG會比彎曲方向內側的CFBG損失更多的能量，從而使干涉波谷的強度相應增大/減小；通過監測干涉波谷的強度變化趨勢即可判斷光纖彎曲方向。

2.如權利要求1所述的一種啁啾光纖布拉格光柵法布里-珀羅干涉儀彎曲傳感器，其特征在于，所述兩個啁啾光纖布拉格光柵之間的前后錯位距離為100μm-1000μm，兩個啁啾光纖布拉格光柵與纖芯的垂直距離為1μm-4μm。

3.如權利要求1所述的一種啁啾光纖布拉格光柵法布里-珀羅干涉儀彎曲傳感器，其特征在于，所述兩個啁啾光纖布拉格光柵的反射率分別為R1及R2，其中，R1R2，范圍為5％-95％。

4.如權利要求1所述的一種啁啾光纖布拉格光柵法布里-珀羅干涉儀彎曲傳感器，其特征在于，所述啁啾光纖布拉格光柵法布里-珀羅干涉儀彎曲傳感器的曲率半徑率測量范圍為0m^-1-20m^-1。

5.如權利要求1所述的一種啁啾光纖布拉格光柵法布里-珀羅干涉儀彎曲傳感器的制備方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

步驟一：待加工光纖的預處理；

首先截取一段一定長度的單模光纖，用光纖剝線鉗去除待加工部位的光纖涂覆層，使光纖包層暴露在空氣中；依次經過乙醇和去離子水對去除光纖包層的光纖擦拭和沖洗，使光纖表面無涂覆層殘留，最后將光纖表面殘留的液體吹干，待加工光纖預處理完成；

步驟二：通過飛秒激光在光纖纖芯刻寫兩個錯位并行的CFBG以構成啁啾光纖布拉格光柵法布里-珀羅干涉儀彎曲傳感器；

首先，將待加工的光纖固定在三維位移平臺上，并采用光纖夾具夾緊，使加工部位由鏡油浸沒以消除光纖圓柱形截面相差；飛秒激光放大器出射飛秒激光，激光在經過倍頻晶體、擴束準直系統、二向色鏡和油浸物鏡后聚焦在光纖纖芯內，通過顯微相機可觀察激光聚焦位置，汞燈光源出射光線經過油浸物鏡L3和二向色鏡M2，到達CCD相機；后通過調整三維平臺來改變激光聚焦位置，使其位于光纖纖芯一側；隨后，在軟件中輸入預先設置好的加工程序，控制三維位移平臺進行變速運動，沿光纖軸向對其進行變速掃描加工以獲得CFBG，關閉光閘；在完成第一個CFBG刻寫過程后，將加工位置先移至原點，然后移至光纖纖芯另一側，之后再沿光纖軸向移動一定距離；打開光閘，重復第一個CFBG的加工程序從而獲得第二個CFBG。

6.如權利要求5所述的一種啁啾光纖布拉格光柵法布里-珀羅干涉儀彎曲傳感器的制備方法，其特征在于，步驟一中所述截取的單模光纖的長度為20cm-80cm，去除光纖涂覆層長度為2cm-5cm。

7.如權利要求5所述的一種啁啾光纖布拉格光柵法布里-珀羅干涉儀彎曲傳感器的制備方法，其特征在于，步驟二所使用的飛秒激光的光源是由振蕩級和放大級組成的中心波長為1030nm的高重復頻率飛秒激光器，飛秒激光重頻的范圍為40Hz-4000Hz，單脈沖能量為50nJ-150nJ。