一种反射式大角度倾斜光栅光纤传感器的制作方法

本实用新型属于光纤传感领域与光通信无源器件领域，特别涉及一种反射式大角度倾斜光栅光纤传感器。

背景技术：

随着光纤通信技术的飞速发展，光纤传感技术自20世纪70年代之后也开始兴起，成为众多传感技术中的新生力量。而在其中光纤光栅有着制作技术成熟、易于连接、抗电磁干扰、重量轻、体积小的优点，此外由于光纤光栅对环境参数(折射率、温度、应力、弯曲、扭曲等)的变化较为敏感，因此光纤光栅在光纤传感领域得到了广泛应用。目前光纤传感器已经可以对温度、压力、振动、角度、湿度、速度等多种物理量进行测量。

光纤光栅按光栅周期分为布拉格光纤光栅(fiberbragggrating，fbg)和长周期光纤光栅(longperiodfibergrating，lpfg)。倾斜光纤光栅(tiltedfibergrating，tfg)是一种具有一定倾斜角度的光纤光栅，倾斜光纤分为按照倾斜角度不同分为小角度倾斜光纤光栅(tfbg)、45°倾斜光纤光栅和大角度倾斜光纤光栅(excessivelytiltedfibergrating，extfg)。而今对于extfg却鲜有研究，extfg与lpfg的耦合模式一致均为前向耦合模式，但灵敏度更高；而且具有低温度敏感系数、更小的弯曲灵敏度以及更高的q值等优势。

反射式大角度倾斜光纤光栅(extfg)是一种反射结构的光纤滤波器，与传统的透射式extfg滤波器的工作原理类似，利用extfg的波长选择性，在传输过程中造成部分波长光谱的损耗，根据不同的反射端面结构分别产生带通、带阻滤波；透射式extfg呈现带阻滤波，而包层模反射式extfg呈现带通滤波

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种反射式大角度倾斜光栅光纤传感器，其包括：输入光纤(1)、输入extfg(2)、输出光纤(3)、反射薄膜(4)、光纤反射器(5)。

所述的输入光纤(1)，为单模光纤，型号为康宁smf-28。

所述的输入extfg(2)位于输入光纤(1)的纤芯内。

所述的输出光纤(3)，为单模光纤，型号为康宁smf-28。

所述的反射薄膜(4)位于输出光纤(3)的外表面。

所述的光纤反射器(5)位于输出光纤(3)的末端端面上。

进一步，所述的光纤反射器(5)是通过端面进行镀高反射膜形成的；所述的反射薄膜(4)是采用高折射率材料镀膜形成，且该材料折射率大于单模光纤包层折射率的材料，也可镀金属薄膜。

所述的输入extfg(2)的制作方法包括但不限制于uv全息干涉法、相位掩模法、单脉冲直接写入法、逐点写入法等，而对于extfg常用的是相位掩模法。相位掩模法最大的优点是能根据倾斜角度而选择刻写的光栅的周期，因此能根据需要制作不同角度的光栅。

通过输入光纤(1)将信号光传输到输入extfg(2)，由于输入extfg(2)将纤芯中的光耦合到输入光纤(1)的纤芯中和包层中。纤芯模式和包层模式随后进入输出光纤(3)的纤芯中和包层中，输出光纤(3)的外层镀有反射薄膜(4)，将其在输出光纤(3)纤芯中和包层中的能量继续前进到光纤反射器(5)处，在该反处进行反射，返回输出光纤(3)的纤芯中和包层中反向传输，能量再次进入输入extfg(2)后会被再度耦合入纤芯内，随后即可进行检测；通过反射式extfg传感器带通滤波器的反射光谱，进行检测环境参数。

与传统的电化学及压电晶体传感器相比，反射式extfg传感器主要优势：1)抗电磁干扰能力强，由于一般的光纤光栅均是由二氧化硅构成，其本身就具有良好的抗电磁干扰能力，而且由光信号直接作用，无任何副污染物产生，因此不会对待测量样品产生影响。2)稳定性好，extfg具有比普通的fbg,lpfg以及tfbg更低的温度、应力等交叉敏感性特性，因此在光纤光栅传感应用中具有更好的稳定性。3)实时监测分析，能进行远距离操控，可通过检测其光学特性的变化来实时在线分析待测量。

附图说明

图1是一种反射式大角度倾斜光栅光纤传感器的原理图。

图2是一种反射式大角度倾斜光栅光纤传感器的检测液面高度实例。

图中：1、输入光纤；2、输入extfg；3、输出光纤；4、反射薄膜；5、光纤反射器。

具体实施方式

下面结合附图说明本实施方式，参阅图1所示为本实施方式是本实用新型一种反射式大角度倾斜光栅光纤传感器的原理图，所述一种反射式大角度倾斜光栅光纤传感器，其包括：输入光纤(1)、输入extfg(2)、输出光纤(3)、反射薄膜(4)、光纤反射器(5)。所述的输入光纤(1)，为单模光纤，型号为康宁smf-28。

所述的输入extfg(2)位于输入光纤(1)的纤芯内，输出光纤(3)，为单模光纤，型号为康宁smf-28，反射薄膜(4)位于输出光纤(3)的外表面，光纤反射器(5)位于输出光纤(3)的末端端面上。所述的光纤反射器(5)是通过端面进行镀高反射膜形成的；所述的反射薄膜(4)是采用高折射率材料镀膜形成，且该材料折射率大于单模光纤包层折射率的材料，也可镀金属薄膜。

所述的输入extfg(2)的制作方法包括但不限制于uv全息干涉法、相位掩模法、单脉冲直接写入法、逐点写入法等，而对于extfg常用的是相位掩模法。相位掩模法最大的优点是能根据倾斜角度而选择刻写的光栅的周期，因此能根据需要制作不同角度的光栅。

参阅图2所示为本实施方式是本实用新型一种反射式大角度倾斜光栅光纤传感器的检测液面高度实例。整个传感器工作过程和原理如下：首先光源通过环形器到达光纤传感器部分，通过输入光纤(1)将信号光传输到输入extfg(2)，由于输入extfg(2)将纤芯中的光耦合到输入光纤(1)的纤芯中和包层中。纤芯模式和包层模式随后进入输出光纤(3)的纤芯中和包层中，输出光纤(3)的外层镀有反射薄膜(4)，将其在输出光纤(3)纤芯中和包层中的能量继续前进到光纤反射器(5)处，在该反处进行反射，返回输出光纤(3)的纤芯中和包层中反向传输，能量再次进入输入extfg(2)后会被再度耦合入纤芯内，随后即可通过环形器反射端进入光谱仪中进行检测。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案范围内。

技术特征：

1.一种反射式大角度倾斜光栅光纤传感器，其特征在于，其包括：输入光纤（1）、输入extfg（2）、输出光纤（3）、反射薄膜（4）、光纤反射器（5）；所述的输入光纤（1），为单模光纤；所述的输入extfg（2）位于输入光纤（1）的纤芯内；所述的输出光纤（3），为单模光纤；所述的反射薄膜（4）位于输出光纤（3）的外表面；所述的光纤反射器（5）位于输出光纤（3）的末端端面上。

2.如权利要求1所述的一种反射式大角度倾斜光栅光纤传感器，其特征在于：所述的光纤反射器（5）是通过端面进行镀高反射膜形成的；所述的反射薄膜（4）是采用高折射率材料镀膜形成，且该材料折射率大于单模光纤包层折射率的材料，也可镀金属薄膜。

技术总结
一种反射式大角度倾斜光栅光纤传感器，其包括：输入光纤（1）、输入ExTFG（2）、输出光纤（3）、反射薄膜（4）、光纤反射器（5）；所述的输入光纤（1），为单模光纤；所述的输入ExTFG（2）位于输入光纤（1）的纤芯内；所述的输出光纤（3），为单模光纤；所述的反射薄膜（4）位于输出光纤（3）的外表面；所述的光纤反射器（5）位于输出光纤（3）的末端端面上。本实用新型提供了一种结构简单、抗电磁干扰能力强、稳定性好、实时监测分析的反射式大角度倾斜光栅光纤传感器。

技术研发人员：张月
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2019.10.21
技术公布日：2020.05.22