一种利用保偏光纤光栅实现单点及区域温度同时测量的装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光纤温度传感技术领域，具体涉及一种利用保偏光纤光栅实现单点及 区域温度同时测量的装置。
【背景技术】
[0002] 光学相干域偏振测量技术(0CDP)是一种具有极高精度的分布式偏振耦合测量技 术，基于白光干涉的原理，利用扫描式光学干涉仪进行光程补偿，实现不同偏振模式间的干 涉，可对偏振耦合的产生位置、偏振耦合信号强度进行高精度的测量与分析，从而获得光学 偏振器件的消光比、拍长等重要参数。由于它最为直接和真实地描述了信号光在光纤光路 中的传输行为，所以特别适合于对光纤器件、组件，以及高精度干涉型光纤传感光路进行测 试。
[0003] 在保偏光纤外部施加侧向压力和两段保偏光纤特征轴以一定角度连接或熔接是 人为产生偏振耦合的常用方法，陈信伟、张红霞等人在"分布式保偏光纤偏振耦合应力传感 系统的实现"一文中，采用侧向压力的方式产生了多个偏振耦合点，利用0CDP系统测试了耦 合强度与应力大小的关系，同时指出温度对耦合点的强度有一定影响，耦合点的位置不发 生变化；Zhenyang Ding和Zhuo Meng等人在 "Accurate method for measuring the thermal coefficient of group birefringence of polarization-maintaining fibers"一文中，利用0CDP系统对长度为350.3m的保偏光纤进行了偏振串扰测量，并将保偏 光纤置于不同的温度场内，以保偏光纤两端的连接器所引入的偏振耦合峰为参考峰，通过 测量两偏振耦合峰之间的相对位置变化，完成了保偏光纤双折射随温度变化的测试。
[0004] N · Be 1 had j 和S · LaRoche 11 e在Form b irefr ingence in UV-expo sed photosensitive fibers computed using a higher order finite element method一文 中指出，当对光敏光纤进行侧面曝光时，光敏光纤的横截面将产生非对称的折射率改变，折 射率的改变量满足
，其中A np为紫外光曝光时光纤最大的折射率 改变量，2α为非对称系数，η为纤芯的光敏区域半径，这种折射率非对称的折射率改变导致 光敏光纤双折射的产生。
[0005] 1978年，K.O.Hill等人首次报道了利用氩离子激光器在锗硅光纤上成功写入光纤 布拉格光栅，从此，光纤光栅被广泛应用到了光纤传感领域。波分复用方法可以将光纤光栅 排列到一根光纤上而不会引起各光波长信号的重叠，光纤光栅具有不同反的射波长，当外 界的温度或应力发生变化时，光栅的反射波长随之变化，由于各光栅的反射波长不同，解调 相应位置光栅波长的漂移即可测量相应物理量的改变。波分复用方法要求每个光纤光栅反 射波长不同且具有一定的波长间隔，避免测量时光栅之间的反射波长重叠，因此，宽谱光源 的谱宽成为限制一根光纤上光栅数量的重要因素。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于利用保偏光纤光栅产生偏振耦合，提供一种利用保偏光纤光栅 实现单点及区域温度同时测量的装置。
[0007] 本发明的目的是这样实现的：
[0008] -种利用保偏光纤光栅实现单点及区域温度同时测量的装置，包括第一宽谱光源 装置1、第二宽谱光源装置2、第一波分复用器3、第二波分复用器5、写入光栅的保偏光纤4、 第一光程相关装置6、第二光程相关装置7、第一信号探测与处理装置8、第二信号探测与处 理装置9、测量计算机10。
[0009] 第一宽谱光源装置1和第二宽谱光源装置2通过第一波分复用器3与写入光栅的保 偏光纤4连接，再通过第二波分复用器5与第一光程相关装置6和第二光程相关装置7连接， 第一光程相关装置6和第二光程相关装置7分别与第一信号探测与处理装置8和第二信号探 测与处理装置9再连接，第一信号探测与处理装置8和第二信号探测与处理装置9分别连接 测量计算机10;
[0010] 所述的第一宽谱光源装置1由宽谱光源11、起偏器12组成，宽谱光源11与起偏器12 连接，将宽谱光源产生的光转换为线偏振光，第二宽谱光源装置2的组成与第一宽谱光源装 置1相同，工作波长范围不同；
[0011] 所述的第一光程相关装置6由第一旋转器61、第一检偏器62、第一親合器63、第二 親合器64、三端口环形器65、自准直透镜66、可移动反射镜67组成，旋转器61与检偏器62连 接，第一親合器63的一臂与第二親合器64的一臂连接组成光程相关参考臂，第一親合器63 另外一臂和第二耦合器64另外一臂分别与第一三端口环形器65的两个端口连接，第一三端 口环形器65的第三端连接自准直透镜66和可移动反射镜67，组成光纤长度可变的光程相关 扫描臂，光程相关装置7的组成与光程相关装置6相同，工作波长范围不同。
[0012]所述的第一旋转器61连接波分复用器5和第一检偏器62,使波分复用器5和第一检 偏器62的光纤保持特征轴对准状态，第二旋转器71连接波分复用器5和第二检偏器72,使波 分复用器5和第二检偏器72的光纤保持特征轴夹角45°状态。
[0013] 所述的第一宽谱光源11与第二宽谱光源21的发射光谱波长范围不重叠;第一起偏 器12、第一旋转器61、第一检偏器62、第一親合器63、第二親合器64、第一三端口环形器65、 第一自准直透镜66、第一光电探测器81的波长工作范围覆盖第一宽谱光源11的发射光谱； 第二起偏器22、第二旋转器71、第二检偏器72、第三耦合器73、第四耦合器74、第二三端口环 形器75、第二自准直透镜76、第二光电探测器91的波长工作范围覆盖第二宽谱光源21的发 射光谱;第一波分复用器和第二波分复用器的波长工作范围覆盖第一宽谱光源和第二宽谱 光源的发射光谱;除第一起偏器和第二起偏器输入光纤外，其余器件均保持偏振保持工作 状态。
[0014] 所述的光栅反射波长位于宽谱光源光波长范围内时，测量传输光干涉信号强度随 可移动反射镜位置的变化，并对其进行傅里叶变换，获得传输光的光谱，得到每个光栅的反 射波长，当光栅所在位置的温度发生变化时，光栅的反射波长随之发生变化，实现单点温度 测量;光栅反射波长位于另外一个宽谱光源光波长范围之外时，测量传输光和耦合光干涉 信号强度随可移动反射镜位置的变化，确定由光栅所引入的偏振耦合峰的位置，由于保偏 光纤的双折射具有温度相关性，而光栅引入的偏振耦合峰的位置是由保偏光纤的双折射决 定的，因此当两光栅之间的区域温度发生变化时，由这两个光栅引入的偏振耦合峰的相对 位置将随之发生变化，从而获得两光栅之间的保偏光纤的双折射变化，实现任意两个光栅 之间区域的温度测量，最终实现单点和区域温度的同时测量。
[0015] 所述的光栅采用单侧紫外光曝光方法写入，写入光栅位置的保偏光纤横截面折射 率改变是非对称的。
[0016] 所有光栅的反射波长位于第一宽谱光源发射光谱波长范围之内，且同时位于第宽 谱光源发射光谱波长范围之外，每个光栅的反射波长各不相同，同时具有波长间。
[0017] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于:对不同的温度精度测量需求使用不同 的测量方法，对于需要精确测量温度的位置，利用光栅的反射波长变化实现单点温度精确 测量;对于不需要精确测量温度的位置，利用光栅产生的偏振串扰信号相对位置变化实现 区域温度平均测量，这样就避免了在保偏光纤的所有位置都写入光栅，即可测量得到所有 位置所需测量精度的温度信息，有效缓解了宽谱光源谱宽对测量系统的限制，显著扩大了 测量区域空间范围。
【附图说明】
[0018] 图1是利用保偏光纤光栅实现单点及区域温度测量的原理图。
[0019] 图2是保偏光纤紫外光曝光及保偏光纤特征轴变化示意图。
[0020] 图3是1550nm波长范围光路干涉信号强度随扫描光程的变化关系图。
[0021]图4是1550nm波长范围光路经过傅里叶变换得到产生干涉信号的光谱图。
[0022]图5是1310nm波长范围光路干涉信号强度随扫描光程的变化关系图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图对本发明做进一步描述。
[0024] 本发明公开了一种利用保偏光纤光栅同时实现单点温度测量和区域温度测量的 装置，包括宽谱光源装置1、宽谱光源装置2、波分复用器3、5、写入多个光栅的保偏光纤4、光 程相关装置6、光程相关装置7、信号探测与处理装置8、信号探测与处理装置9、测量计算机 10,宽谱光源装置1和宽谱光源装置2通过第1波分复用器3与写入多个光栅的