一种采用光纤端面刻槽结构的温度测量方法与流程

本发明涉及光纤测量技术领域，特别涉及一种采用光纤端面刻槽结构的温度测量方法。

背景技术：

通常，全光纤化的传感器具有结构紧凑、使用寿命长、对测试量敏感、传输信道多等优势广泛地应用于光纤传感、光纤通信、光学加工等领域。通过光纤端面微加工技术或搭建具有干涉结构的全光纤传感器，在泵浦源作用下，输出具有梳状谱图样的干涉谱曲线。

在现有技术中，干涉仪分为单频激光干涉仪和双频激光干涉仪，其均采用外部构件将光束分成两路进行干涉。因此现有技术中往往会引入光束分割部件进行光束分割，通过引入分割部件不但使的干涉仪本身更加复杂，而且在温度测量过程也容易造成测量的误差。

因此，需要一种能有效简化光路、结构紧凑、光损耗低以及不受外界干扰的采用光纤端面刻槽结构的温度测量方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种采用光纤端面刻槽结构的温度测量方法，所述光纤端面刻槽结构的端面开设凹槽，所述凹槽呈长方体结构，凹槽底边与光纤纤芯的直径重合，并且

所述凹槽底边的宽度大于所述光纤纤芯的直径，所述凹槽底边的宽度小于光纤包层的外侧的圆周直径；所述凹槽沿纤芯中心平面向上贯穿至光纤包层的外侧；

所述温度测量方法包括如下步骤：

a、搭建温度测量系统，所述温度测量系统包括依次连接的光源、增益光纤、波分复用器、单模光纤、光纤端面刻槽结构以及光谱仪；

b、将所述温度测量系统中连接光纤端面刻槽结构的一段光纤置于温度可控的环境中；

c、光源发射光信号，同时逐渐改变所述环境中的温度大小，记录梳状谱移动的长度，绘制梳状谱移动的长度随温度变化的关系曲线；

d、利用步骤c中梳状谱移动的长度随温度变化的关系曲线对待温度进行测量。

优选地，通过飞秒激光对光纤端面进行烧蚀形成所述凹槽。

优选地，所述凹槽沿光纤轴向深度与光纤纤芯的直径相等。

优选地，所述凹槽底边直径为所述光纤纤芯直径的5～8倍。

优选地，所述光源采用宽带光源。

优选地，所述增益光纤为一段掺杂稀土元素的光纤。

优选地，改变所述环境温度的大小采用逐渐升高环境的温度后恒温保持一段时间再逐渐降低环境的温度。

本发明利用一根光纤实现多种模式之间的干涉，简化了光路，使结构更加紧凑，而且光损耗低、不受外界干扰。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示意性示出了本发明的一个实施例中的温度测量系统；

图2示出了本发明的光纤端面刻槽结构；

图3示出了图2光纤端面刻槽结构的端面示意图；

图4示出了图2光纤端面刻槽结构沿轴线的断面图；

图5示出了本发明的一个实施例中梳状谱移动的长度随温度变化的关系曲线。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

本发明通过搭建温度测量系统，完成对温度的标定和测量过程。具体如图1所示本发明的一个实施例中的温度测量系统10，包括由光纤14依次连接的光源11、增益光纤13、波分复用器12、单模光纤15、光纤端面刻槽结构18以及光谱仪19。在对温度的标定过程中，将光纤端面刻槽结构18置于温度可控的环境16中，通过温度控制器17控制温度变化，实现温度标定过程。

为了更加清楚的对本发明的温度测量方法进行说明，通过如下步骤详细阐释温度测量的过程，具体包括：

步骤S101搭建温度测量系统，所述温度系统包括由光纤14依次连接的光源11、增益光纤13、波分复用器12、单模光纤15、光纤端面刻槽结构18以及光谱仪19，其中所述增益光纤13为一段掺杂稀土元素的光纤。

步骤S102、将所述温度测量系统中连接光纤端面刻槽结构18的一段光纤置于温度可控的环境16中。

步骤S103、光源发射光信号，同时通过温度控制器17逐渐改变所述环境16中的温度大小，记录梳状谱移动的长度，绘制梳状谱移动的长度随温度变化的关系曲线，本实施例光源优选采用宽带光源。

步骤S104、利用步骤S103中梳状谱移动的长度随温度变化的关系曲线对待温度进行测量。

上述温度测量过程中，通过步骤S101至步骤S103完成温度的标定，步骤S104借助标定后梳状谱移动的长度随温度变化的关系曲线对待测稳定进行测量，本发明的实施例中，只需要对温度进行一次标定后，利用搭建的温度测量系统即可多次进行温度测量。

本实施例中上述温度测量过程中采用光纤端面刻槽结构18对光进行干涉，如图2所示本发明的光纤端面刻槽结构，所述光纤端面刻槽结构18包括光纤纤芯181和光纤包层182，光纤端面刻槽结构18的端面开设凹槽183，所述凹槽183呈长方体结构。本实施例光纤端面刻槽结构18通过飞秒激光对光纤端面进行烧蚀形成所述凹槽183，本发明利用飞秒激光进行光纤微加工，从而对光纤端面进行烧蚀形成凹槽，其具有加工灵活、热效应低等特点，本领域技术人员应当理解在光纤端面刻槽过程需要控制飞秒激光器功率，并将激光对准光纤纤芯的中心位置。

如图3所示光纤端面刻槽结构的端面示意图，图4所示光纤端面刻槽结构沿轴线的断面图，光纤端面刻槽结构18的凹槽183沿光纤端面向内凹陷，其中凹槽底边1831与光纤纤芯181的直径1811重合，并且

所述凹槽底边1831的宽度大于所述光纤纤芯181的直径1811，所述凹槽底边1831的宽度小于光纤包层182的外侧1821的圆周直径，也就是说凹槽底边的宽度介于光纤纤芯181和光纤包层182之间，本实施例中，优选凹槽底边1831的宽度为所述光纤纤芯181的直径1811的5～8倍。凹槽183沿纤芯中心平面向上贯穿至光纤包层的外侧1821。

在一些优选的实施方式中，凹槽183沿光纤轴向深度d与光纤纤芯的直径1811相等。

通过上述的方式对光纤端面进行刻槽形成光纤端面刻槽结构18，借助飞秒激光刻写光纤端面形成凹槽183，使光纤内部造成部分缺失，光经过凹槽183后分成两束，一路在空气中传输，一路在纤芯中传输，由于空气的折射率低于纤芯折射率，导致在空气中传输的部分光重新耦合进入纤芯中，该光同原有在纤芯中传输的光之间存在光程差，形成干涉。

本发明在光纤中传输光的光程将发生改变，产生模间干涉，本发明利用一根光实现多种模式之间的干涉，简化了光路，使结构更加紧凑，而且光损耗低、不受外界干扰。

在上述温度测量过程的步骤S103中，光源11射出光由光纤14进行传输，光路经过置于可控温度环境16的光纤端面刻槽结构18时，由于凹槽183引起传输的光之间存在光程差，形成干涉。当温度控制器17控制环境温度改变时，光谱仪19观测到梳状谱改变，干涉条纹产生移动，不同温度下梳状谱移动的长度不同，本实施例中改变环境温度的大小采用逐渐升高环境的温度后恒温保持一段时间再逐渐降低环境的温度的方式，绘制状谱移动的长度随温度变化的关系曲线。

如图5所示本发明的一个实施例中梳状谱移动的长度随温度变化的关系曲线。本实施例温度控制器控制放置光纤端面刻槽结构的环境温度按照20℃的间隔由60℃开始进行升温，升温至100℃保持一段时间，按照20℃的间隔由100℃降温至60℃。温度标定过程中在一些实施方式中，对于升温和降温的间隔以及升温或降温的起点由实际情况所决定，不因本实施例所限定。对于待测温度，按照本发明提供的方法，搭建温度测量系统，根据温度标定绘制的梳状谱移动的长度随温度变化的关系曲线，由梳状谱移动的长度直接读取或显示待测温度。

本发明利用一根光实现多种模式之间的干涉，简化了光路，使结构更加紧凑，而且光损耗低、不受外界干扰。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。