利用单根光纤布拉格光栅实现温度、应变和折射率同时传感的方法与流程

技术特征：

1.一种利用单根光纤布拉格光栅(FBG)实现温度、应变和折射率同时传感的方法，其特征在于利用飞秒激光在少模光纤中写入FBG，其透射光谱中产生对应于不同光纤模式的多个布拉格共振峰，同时FBG的折射率调制高度局域在纤芯中，在透射光谱的短波方向，产生多个包层模共振峰。所述各个布拉格共振峰对应的布拉格共振波长分别对温度和应变具有不同的线性响应。所述光纤模式在纤芯内传输，对环境介质的折射率不敏感。所述包层模共振峰的归一化面积(包层模共振峰上下包络所围面积与初始面积的比值)对环境介质的折射率和应变敏感，对温度不敏感。通过测量所述FBG透射光谱中选定的两个布拉格共振波长的漂移量和包层模共振峰的归一化面积，即可利用单根FBG实现对温度、应变和折射率同时传感。

2.根据权利要求1所述利用单根FBG实现温度、应变和折射率同时传感的方法，其特征在于：所述FBG可利用飞秒激光和相位掩模板法写入，可利用飞秒激光和点对点法写入。

3.根据权利要求1所述利用单根FBG实现温度、应变和折射率同时传感的方法，其特征在于：所述少模光纤可以是双模光纤，可以是四模光纤。

4.根据权利要求1所述利用单根FBG实现温度、应变和折射率同时传感的方法，其特征在于：所述少模光纤可以是阶跃折射率光纤，可以是渐变折射率光纤。

5.根据权利要求1所述利用单根FBG实现温度、应变和折射率同时传感的方法，其特征在于：所述环境介质的折射率可以是液体折射率，可以是气体折射率。

6.根据权利要求1或2所述利用单根FBG实现温度、应变和折射率同时传感的方法，其特征在于：所述FBG中的光栅条纹与光纤轴线呈45度至90度之间的任意夹角。

7.根据权利要求1或2所述利用单根FBG实现温度、应变和折射率同时传感的方法，其特征在于：所述FBG中的光栅条纹可以位于光纤纤芯，可以偏离光纤纤芯。

8.一种利用权利要求1～7所述方法利用单根FBG实现温度、应变和折射率同时传感，其特征在于步骤如下：

步骤1：利用飞秒激光在少模光纤中写入FBG。

步骤2：标定出所述FBG透射光谱中选定的两个布拉格共振波长和包层模共振峰归一化面积的温度灵敏度系数。

步骤3：标定出所述FBG透射光谱中选定的两个布拉格共振波长和包层模共振峰归一化面积的应变灵敏度系数。

步骤4：标定出所述FBG透射光谱中选定的两个布拉格共振波长和包层模共振峰归一化面积的折射率灵敏度系数。

步骤5：应变和温度的解调

将标定出的温度和应变灵敏度系数代入通过测量选定的两个布拉格共振波长的漂移量△λ_B1和△λ_B2，即可同时解算出应变和温度的变化量△ε和△T，其中，K_B1T和K_B2T分别为选定的两个布拉格共振波长的温度灵敏度系数，K_B1ε和K_B2ε分别为选定的两个布拉格共振波长的应变灵敏度系数，M＝K_B2TK_B1ε-K_B2εK_B1T为矩阵的行列式。

步骤6：折射率的解调

所述包层模共振峰归一化面积A与折射率SRI和应变变化量△ε之间的关系为A＝K(SRI)+K_NAε△ε，其中，K_NAε为包层模共振峰归一化面积A的应变灵敏度系数，K(SRI)为在一定传感范围内包层模共振峰归一化面积A随折射率SRI变化的单调函数。

将标定出的应变灵敏度系数K_NAε和由步骤5解算出的应变变化量△ε代入A＝K(SRI)+K_NAε△ε，通过测量包层模共振峰归一化面积A，即可由单调函数K(SRI)解算出折射率SRI。