飞秒激光制备纤芯失配型FBG温度折射率测量方法与流程

本发明属于光纤传感器件领域，具体涉及一种飞秒激光制备纤芯失配型fbg温度折射率测量方法。

背景技术：

光纤传感器具有非常广泛的应用价值，具有诸多优良特性，可实现复杂环境下的测量工作。它具有抗电磁干扰、抗辐射、灵敏度高、重量轻、绝缘防爆、耐腐蚀等特点，且光纤尺寸微小，具有良好的光传输性能。在光纤布拉格光栅（fiberbragggrating,fbg）是常见的传感器件，具有结构简单、体积小、动态范围大、灵敏度高等优势，在航空航天、桥梁水利、周界安防、生物医学等重要领域中受到广泛关注。fbg是一种在纤芯内形成的空间相位周期性分布的栅类结构，其作用的实质就是在纤芯内形成一个窄带的滤波器或反射镜。当外界温度变化时，光纤材料的热胀冷缩会影响栅类结构之间的相对位移，从而使得反射波长产生漂移。通过解调波长漂移的范围，可以直观计算出外界温度的变化。

然而，如何改变传统光纤fbg传感器单点检测的局限性、扩展检测对象范围，是光纤传感器的发展方向。普通光纤fbg传感器为圆柱型结构，无法直接对周围环境的折射率特性进行检测。通过电弧放电制备纤芯失配结构，纤芯传播的光和包层传播的光之间存在光程差而产生干涉。随着外界溶液折射率的增加，包层模的有效折射率将增加，而纤芯模的有效折射率不变，导致原干涉谱产生漂移。通过纤芯失配结构干涉谱的变化，即可实现外界溶液折射率的传感。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种飞秒激光制备纤芯失配型fbg温度折射率测量方法，本方法通过电弧放电制备纤芯失配结构，并在纤芯失配结构上使用飞秒激光直写制备fbg。可避免电磁干扰，耐高温，可实现温度-折射率同时测量。同时，其结构及制作工艺简单，可靠性好、灵敏度高。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

飞秒激光制备纤芯失配型fbg温度折射率测量方法，其特征在于，包括如下步骤：1）基于电弧放电的光纤纤芯失配结构制备；

2）基于飞秒激光的fbg制备；

3）温度折射率传感测试系统测量，光纤传感器放置于加热台表面，通过光纤环行器与光源、光纤传感分析仪相连接；利用加热台改变温度高低，通过胶头滴管将待测液体滴于传感区域，进行折射率传感测量。

作为本发明的一种优选，第一步，首先将两段smf-28单模光纤端面去除涂覆层，经酒精擦拭后切平单模光纤，放置于熔接机内熔接；采用纤芯对准方式，将单模光纤两端纤芯错位熔接后取出，设定单模光纤长度后，再次去除单模光纤端面涂覆层，并经酒精擦拭后切平，再放置于熔接机内，再次错位熔接，完成纤芯失配结构制备。

作为本发明的一种优选，第二步，首先将前一步骤制备的单模光纤纤芯失配结构放置于三维移动平台上；再将飞秒激光光斑聚焦至纤芯上，采用直写方式在纤芯失配区域上制备fbg传感器。

作为本发明的一种优选，第三步，光源采用波段范围为1520-1610nm的ase光源。

作为本发明的一种优选，第三步，光谱分析设备使用yokogawa公司的光谱分析仪，进行透射光谱的采集。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

采用飞秒激光制备纤芯失配型fbg温度折射率测量方法，使用全光纤式结构，可避免电磁干扰对检测结果的影响。该传感器主要由电弧放电制备的纤芯失配结构和飞秒激光制备的双fbg组成。使用电弧放电制备的纤芯失配结构可以实现折射率传感，使用飞秒激光制备的fbg可以耐受高温、传感应变，因此该结构可以扩展传感参数，同时实现温度与折射率的测量。该传感器可靠性高，使用时只需将传感器所在部分置于待测环境中，另一端连接光谱仪即可完成测试系统的实时多参数测量。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明飞秒激光制备纤芯失配型fbg温度折射率测量方法的电弧放电的光纤纤芯失配结构制备示意图；

图2为本发明实施例的光纤纤芯失配结构的透射光谱图；

图3为本发明实施例的飞秒激光fbg制备示意图。

图4为本发明实施例的传感器结构示意图。

图5为本发明实施例的传感器透射光谱示意图。

图6为本发明实施例的温度折射率传感测量示意图。

图7为本发明实施例的温度测试光谱示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-6所示，飞秒激光制备纤芯失配型fbg温度折射率测量方法，包括如下步骤：1）基于电弧放电的光纤纤芯失配结构制备；

首先将两段smf-28单模光纤端面去除涂覆层，经酒精擦拭后切平单模光纤，放置于熔接机内熔接；采用纤芯对准方式，将单模光纤两端纤芯错位熔接后取出，设定单模光纤长度后，再次去除单模光纤端面涂覆层，并经酒精擦拭后切平，再放置于熔接机内，再次错位熔接，完成纤芯失配结构制备。

2）基于飞秒激光的fbg制备；首先将前一步骤制备的单模光纤纤芯失配结构放置于三维移动平台上；再将飞秒激光1光斑聚焦至纤芯上，采用直写方式在纤芯失配区域上制备fbg传感器。

3）温度折射率传感测试系统测量，光纤传感器放置于加热台4表面，通过光纤环行器与光源、光纤传感分析仪相连接；利用加热台改变温度高低；通过胶头滴管5将待测液体滴于传感区域，进行折射率传感测量。

光源采用波段范围为1520-1610nm的ase光源2。光谱分析设备使用yokogawa公司的光谱分析仪3，进行透射光谱的采集。

如图7所示，实验中的反射光谱。当外界温度发生变化，反射光谱谱线会发生漂移，记录某特征峰在不同温度或折射率下对应的波长值即可实现对该双参数的高精度测量。

采用电弧放电制备纤芯失配结构，并在纤芯失配区域上使用飞秒激光直写制备fbg，将两种光纤结构结合进行测量，避免多参数测量时的交叉干扰，实现温度与折射率的二参数测量。

以上所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开飞秒激光制备纤芯失配型FBG温度折射率测量方法，其特征在于，包括如下步骤：1）基于电弧放电的光纤纤芯失配结构制备；2）基于飞秒激光的FBG制备；3）温度折射率传感测试系统测量，光纤传感器放置于加热台表面，通过光纤环行器与光源、光纤传感分析仪相连接；利用加热台改变温度高低，通过胶头滴管将待测液体滴于传感区域，进行折射率传感测量。可避免电磁干扰，耐高温，可实现温度折射率的同时测量。其结构及制作工艺简单，可靠性好、灵敏度高。

技术研发人员：张雯;祝连庆;何巍;董明利;娄小平;张乾坤;姚齐峰
受保护的技术使用者：北京信息科技大学
技术研发日：2019.01.16
技术公布日：2019.04.26