專利名稱：基于閃耀長周期光纖光柵的高靈敏度應(yīng)力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及光纖傳感領(lǐng)域，具體地說是提出一種基于閃耀長周期光纖光柵 (TLPFGs)的高靈敏度應(yīng)力傳感器。
背景技術(shù)：
長周期光纖光柵的諧振波長和損耗峰幅值對外界環(huán)境的變化非常敏感，具有比光纖布拉格光柵更高的彎曲、扭曲、橫向負載靈敏度。這一方面使其在光纖傳感領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。閃耀長周期光纖光柵由于光柵平面存在45-90度的傾斜角度具有很多有意義的新特性，其具有非常多大的傳感應(yīng)用潛力。由于光柵平面的傾斜，TLPFGs呈現(xiàn)出很多的偏振依賴性。假設(shè)光纖橫截面為x_y 平面，軸向為Z向，TLPres光柵平面在X-Z平面垂直傾斜。定義兩個偏振態(tài)，P-偏振態(tài)和 S-偏振態(tài)，P-偏振態(tài)的偏振化方向在X-Z平面且平行于X-軸，S-偏振態(tài)的偏振化方向垂直與x-z平面。附圖1給出了在P-偏振態(tài)下隨著角度變化的光柵透射譜，將圖中透射峰依照諧振波長從短至長的順序分別編號為1、2、3、4、5、6階。當光柵無傾斜時，LPFGs透射譜中只能觀察到4個諧振峰，分別為1階、2階、4階、6階峰；當光柵傾斜時，TLPFGs透射譜中可以觀察到兩個新的諧振峰，分別為3階和5階諧振峰。但基于通信波段，一般只討論2-5 階諧振峰，其中2階和4階諧振峰是LPTOs存在的諧振峰，3階和5階諧振峰為由于光柵傾斜而產(chǎn)生的諧振峰。對與S-偏振態(tài)的情況類似于P-偏振態(tài)，但是透射譜波形存在不同程度的位移。TLPTOs因為傾斜角度表現(xiàn)出很強的偏振依賴性，由于3階和5階諧振峰的產(chǎn)生源于光柵傾斜表面所導致的不同矢量模式之間的耦合，因此3階和5階諧振峰的偏振依賴性遠遠大于2階和4階的偏振依賴性，對比附圖2和3與附圖4和5。當光纖受到應(yīng)力時，光纖長度會發(fā)生微量的變化。1979年，Hocker等人給出了光
纖長度變化與應(yīng)力的關(guān)系
Γ AL (l-2v)P—=--—
L E其中P為作用在光纖上的應(yīng)力，ν為泊松比，E為楊氏模量。將長度的變化平均到每個光柵周期中，隨著光柵的周期發(fā)生變化，TLPres的諧振波長和透射率就會發(fā)生變化。通過觀察TLPres透射譜的變化可以分析出光柵周期的變化，就可以對所受應(yīng)力進行傳感。附圖3為P-偏振態(tài)下5階諧振峰的最小透射率與光柵周期的關(guān)系。附圖5為P-偏振態(tài)下5 階諧振峰的諧振波長與光柵周期的關(guān)系。S-偏振態(tài)的情況類似于ρ-偏振態(tài)，但是透射譜波形存在不同程度的位移。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提出一種基于閃耀長周期光纖光柵(TLPres)的高靈敏度應(yīng)力傳感器。本實用新型采取了如下技術(shù)方案一種基于閃耀長周期光纖光柵TLPres的高靈
3敏度應(yīng)力傳感器，包括寬譜光源101、可旋轉(zhuǎn)起偏器102、保偏光纖103、TLPresl04、單模光纖105、光譜儀106，計算機處理系統(tǒng)107 ；寬譜光源101發(fā)射出1200-1600nm激光，由可旋轉(zhuǎn)起偏器102接收，可旋轉(zhuǎn)起偏器102連接保偏光纖103 ；保偏光纖103的另一端連接閃耀長周期光纖光柵TLPresl04 ；閃耀長周期光纖光柵TLPresl04的另一端連接單模光纖105 ； 單模光纖105的另一端連接光譜儀106 ；光譜儀106與計算機處理系統(tǒng)107連接。其中寬譜光源101可發(fā)射出1200-1600nm激光；可旋轉(zhuǎn)起偏器102的偏振主軸可以旋轉(zhuǎn)90度，且0度時可旋轉(zhuǎn)起偏器102的偏振主軸與保偏光纖103的快軸平行，90度時可旋轉(zhuǎn)起偏器102的偏振主軸與保偏光纖103的慢軸平行；TLPTOS104采用紫外光寫在普通單模光纖105上并與保偏光纖103熔接，且保持TLPresl04光柵平面與保偏光纖103快軸所在平面垂直。寬譜光源101發(fā)出的光經(jīng)過未旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)起偏器102后變成P-偏振態(tài)光，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)90度的可旋轉(zhuǎn)起偏器102后變成S-偏振態(tài)光；當兩種偏振態(tài)光經(jīng)過保偏光纖103、 TLPresl04、單模光纖105后達到光譜儀106，可以分別觀察到一種透射譜，兩種透射譜各相應(yīng)諧振峰存在不同程度的位移；然后將透射譜結(jié)果存儲到計算機處理系統(tǒng)107中。本實用新型中將兩種透射譜中的5階諧振峰的最小透射率和諧振波長作為傳感變量，當TLPTOs受到應(yīng)力作用時，P-和S-偏振態(tài)光經(jīng)TLPresl04后的5階透射諧振峰的最小透射率和諧振波長會發(fā)生不同程度的變化，經(jīng)過計算機處理系統(tǒng)107分析計算可得到TLPTOS104所受應(yīng)力情況。本傳感器還可以將P-和S-偏振態(tài)光的3階和5階透射諧振峰的最小透射率和諧振波長同時作為變量對TLPres的應(yīng)力情況進行傳感，可以再提高傳感器的靈敏度，但是解調(diào)系統(tǒng)的復雜高也會相應(yīng)提高。相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，本實用新型基于TLPres由于光柵平面傾斜而產(chǎn)生的諧振峰具有強烈的偏振依賴性的特點，通過分析P-和S-偏振態(tài)的光經(jīng)過受到應(yīng)力作用的 TLPFGs后的諧振峰的最小透射率和諧振波長的變化來確定TLPres的周期變化，再根據(jù)周期變化與應(yīng)力的關(guān)系來對應(yīng)力情況進行傳感。本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單和高的靈敏度等優(yōu)點O

圖Ip-偏振態(tài)下不同傾斜角度下的TLPres的透射譜圖；圖2p-偏振態(tài)下4階諧振峰的最小透射率與光柵周期的關(guān)系圖；圖3p-偏振態(tài)下5階諧振峰的最小透射率與光柵周期的關(guān)系圖；圖4p-偏振態(tài)下4階諧振峰的諧振波長與光柵周期的關(guān)系圖；圖5p-偏振態(tài)下5階諧振峰的諧振波長與光柵周期的關(guān)系圖；圖6基于閃耀長周期光纖光柵TLPres的高靈敏度壓力傳感器示意圖；圖中寬譜光源101，可旋轉(zhuǎn)起偏器102，保偏光纖103，閃耀長周期光纖光柵 TLPresl04，單模光纖105，光譜儀106，計算機處理系統(tǒng)107。
具體實施方式
為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明。如圖5所示，本實用新型的結(jié)構(gòu)寬譜光源101、可旋轉(zhuǎn)起偏器102、保偏光纖103、 TLPresl04、單模光纖105、光譜儀106，計算機處理系統(tǒng)107 ；其中寬譜光源101可發(fā)射出1200-1600nm激光；可旋轉(zhuǎn)起偏器102的偏振主軸可以旋轉(zhuǎn)90度，且旋轉(zhuǎn)0度時可旋轉(zhuǎn)起偏器102的偏振主軸與保偏光纖103的快軸平行，旋轉(zhuǎn)90度時可旋轉(zhuǎn)起偏器102的偏振主軸與保偏光纖103的慢軸平行；TLPresl04采用紫外光寫在普通單模光纖105上并與保偏光纖103熔接，且保持TLPresl04光柵平面與保偏光纖103快軸所在平面垂直。當可旋轉(zhuǎn)起偏器102旋轉(zhuǎn)0度即不旋轉(zhuǎn)時，寬譜光源101的光經(jīng)過可旋轉(zhuǎn)起偏器102輸出ρ-偏振態(tài)光并經(jīng)過保偏光纖進入TLPresl04，再經(jīng)過單模光纖105進入光譜儀 106和計算機處理系統(tǒng)107，可以在光譜儀106上觀察到透射譜并保存在計算機處理系統(tǒng) 107中；當可旋轉(zhuǎn)起偏器102旋轉(zhuǎn)90度時，寬譜光源101的光經(jīng)過可旋轉(zhuǎn)起偏器102輸出 S-偏振態(tài)光進入TLPresl04，并同樣再經(jīng)過單模光纖105進入光譜儀106和計算機處理系統(tǒng)107，可以在光譜儀106上觀察到透射譜并保存在計算機處理系統(tǒng)107中。當可旋轉(zhuǎn)起偏器102旋轉(zhuǎn)0度即不旋轉(zhuǎn)時，如果有應(yīng)力施加在TLPresl04上時， TLPresl04的周期發(fā)生微量變化，這時可以觀察到P-偏振態(tài)光經(jīng)過TLPresl04后的光譜圖； 然后將可旋轉(zhuǎn)起偏器102旋轉(zhuǎn)90度后，可以觀察到S-偏振態(tài)光經(jīng)過TLPresl04的光譜圖。 經(jīng)過計算機處理系統(tǒng)107對比分析ρ-和S-偏振態(tài)光變化前后的光譜圖和輸出結(jié)果便可以得出TLPresl04上的應(yīng)力情況。以上對本實用新型所提供的基于閃耀長周期光纖光柵TLPres的應(yīng)力傳感器進行詳細介紹，本文中通過具體實施方式
對本實用新型的原理進行了闡述，以上實施方式的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員， 依據(jù)本實用新型的結(jié)構(gòu)，在具體實施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本實用新型的限制。
權(quán)利要求1.基于閃耀長周期光纖光柵的高靈敏度應(yīng)力傳感器，其特征在于包括寬譜光源 (101)、可旋轉(zhuǎn)起偏器(102)、保偏光纖(103)、閃耀長周期光纖光柵TLPres (104)、單模光纖 (105)、光譜儀(106)，計算機處理系統(tǒng)(107)；寬譜光源(101)發(fā)射出1200-1600nm激光，由可旋轉(zhuǎn)起偏器(102)接收，可旋轉(zhuǎn)起偏器(10 連接保偏光纖(10 ；保偏光纖(103)的另一端連接閃耀長周期光纖光柵 TLPFGs (104)；閃耀長周期光纖光柵TLPTOs (104)的另一端連接單模光纖(105)；單模光纖 (105)的另一端連接光譜儀(106)；光譜儀(106)與計算機處理系統(tǒng)(107)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于閃耀長周期光纖光柵的高靈敏度應(yīng)力傳感器，其特征在于可旋轉(zhuǎn)起偏器(10 的偏振主軸可以旋轉(zhuǎn)90度，且0度時可旋轉(zhuǎn)起偏器(10 的偏振主軸與保偏光纖(10 的快軸平行，旋轉(zhuǎn)90度時可旋轉(zhuǎn)起偏器(10 的偏振主軸與保偏光纖 (103)的慢軸平行；閃耀長周期光纖光柵TLPres (104)采用紫外光寫在普通單模光纖(105) 上并與保偏光纖(10 熔接，且保持閃耀長周期光纖光柵TLPres (104)光柵平面與保偏光纖(10 快軸所在平面垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于閃耀長周期光纖光柵的高靈敏度應(yīng)力傳感器，其特征在于采用P-和S-偏振態(tài)光經(jīng)過閃耀長周期光纖光柵TLPres (104)的5階透射諧振峰的最小透射率和諧振波長作為傳感變量，也可以采用P-和S-偏振態(tài)光經(jīng)過閃耀長周期光纖光柵TLPres (104)的3階和5階透射諧振峰的最小透射率和諧振波長同時作為傳感變量。
專利摘要一種基于閃耀長周期光纖光柵(TLPFGs)的高靈敏度應(yīng)力傳感器，寬譜光源101發(fā)射出1200-1600nm激光，由可旋轉(zhuǎn)起偏器接收并連接保偏光纖；保偏光纖的另一端連接閃耀長周期光纖光柵TLPFGs；閃耀長周期光纖光柵TLPFGs的另一端連接單模光纖；單模光纖的另一端連接光譜儀；光譜儀與計算機處理系統(tǒng)連接。本實用新型基于TLPFGs由于光柵平面傾斜而產(chǎn)生的諧振峰具有強烈的偏振依賴性的特點，通過分析p-和s-偏振態(tài)的光經(jīng)過受到應(yīng)力作用的TLPFGs后的諧振峰的最小透射率和諧振波長的變化來確定TLPFGs的周期變化，再根據(jù)周期變化與應(yīng)力的關(guān)系來對應(yīng)力情況進行傳感；具有結(jié)構(gòu)簡單和高靈敏度等優(yōu)點。
文檔編號G02B6/02GK202281667SQ201120392590
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者馮亭, 延鳳平, 彭萬敬, 李琦, 梁驍, 溫曉東, 譚思宇, 陶沛琳 申請人:北京交通大學