一種基于鍍金傾斜光纖光柵的扭曲測量傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供了一種基于鍍金傾斜光纖光柵的扭曲測量傳感器，屬于光纖傳感領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]傾斜光纖光柵是一類特殊的布拉格光纖光柵,其光柵柵面與光纖軸存在一定的傾斜夾角而不是垂直，許多不同于普通布拉格光纖光柵的特性也因此出現(xiàn)。正向傳播的纖芯導(dǎo)模經(jīng)過傾斜光纖光柵時，由于傾角的存在，滿足相位匹配條件的纖芯導(dǎo)模一部分耦合到包層中去，成為后向傳輸?shù)陌鼘幽Ｊ?，一部分仍然耦合為纖芯內(nèi)后向傳輸?shù)牟祭癫ㄩL。傾斜光纖光柵的折射率調(diào)制在圓柱平面內(nèi)具有非對稱性，因此電矢量偏振方向不同的光在通過光纖光柵區(qū)域時，偏振方向不同的光之間的耦合強(qiáng)度也各不相同，即傾斜光纖光柵具有偏振光依賴性。
[0003]表面等離子效應(yīng)在光纖光柵中的應(yīng)用也對光纖光柵的發(fā)展起到了極大的促進(jìn)作用。在傾斜光纖光柵的包層上鍍金之后，包層模產(chǎn)生的倏逝波會產(chǎn)生表面等離子共振增強(qiáng)效應(yīng)，偏振態(tài)不同的光受到不同的影響，倏逝場的增強(qiáng)也極大的提高了光纖光柵傳感器的靈敏度和分辨率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于鍍金傾斜光纖光柵的扭曲測量傳感器。該裝置能夠?qū)⒋郎y的扭曲角度變化量轉(zhuǎn)化為透射光譜強(qiáng)度變化。具有結(jié)構(gòu)簡單、易于操作、量程大、靈敏度高等特點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]—種基于鍍金傾斜光纖光柵的扭曲測量傳感器，其特征在于:由寬帶光源(I)、偏振控制器(2)、連接光纖(3)、鍍金傾斜光纖光柵(4)、扭曲支架(5)和光譜儀(6)組成；寬帶光源(I)和偏振控制器(2)通過連接光纖(3)相連，偏振控制器(2)和鍍金傾斜光纖光柵(4)通過連接光纖(3)相連，鍍金傾斜光纖光柵(4)左端固定在扭曲支架(5)上，鍍金傾斜光纖光柵(4)右端連接扭曲支架(5)可旋轉(zhuǎn)端，鍍金傾斜光纖光柵(4)和光譜儀(6)通過連接光纖(3)相連，其中扭曲支架(5)左右兩端給鍍金傾斜光纖光柵(4)施加一定的預(yù)應(yīng)力使得鍍金傾斜光纖光柵(4)保持直線狀態(tài)，鍍金傾斜光纖光柵(4)作為扭曲測量的傳感探頭。
[0007]所述的一種基于鍍金傾斜光纖光柵的扭曲測量傳感器，其特征在于:鍍金傾斜光纖光柵⑷長度為10?20毫米，柵面傾角為6?30度。
[0008]所述的一種基于鍍金傾斜光纖光柵的扭曲測量傳感器，其特征在于:鍍金傾斜光纖光柵(4)表面所鍍金膜厚度為50?100納米。
[0009]本發(fā)明的工作原理是:寬帶光源(I)發(fā)出光波，通過偏振控制器(2)得到沿特定方向偏振的線偏振光，線偏振光沿連接光纖(3)入射進(jìn)入鍍金傾斜光纖光柵(4),鍍金傾斜光纖光柵(4)在扭曲支架(5)右端旋轉(zhuǎn)扭曲裝置的控制下會發(fā)生扭曲，由光纖光柵模式耦合理論可知，纖芯內(nèi)的偏振光經(jīng)傾斜柵面耦合進(jìn)入包層時，包層中線偏振光的狀態(tài)會發(fā)生變化，鍍金層的表面的等立體共振效應(yīng)會增強(qiáng)包層倏逝場效應(yīng)，垂直于包層切面的P態(tài)偏振光容易穿透鍍金層而成為輻射模，平行于切面方向的S態(tài)偏振光則更多的被抑制在包層中，從而P態(tài)和S態(tài)偏振光不同的偏振態(tài)強(qiáng)度變化在鍍金層表面等離子體諧振效應(yīng)下產(chǎn)生更加明顯的差異，扭曲角度變化量的大小轉(zhuǎn)化為輸出偏振光強(qiáng)度變化的大小，最后通過光譜儀測量出P態(tài)和S態(tài)偏振光的輸出光功率即可。首先，當(dāng)傳感探頭，即鍍金傾斜光纖光柵
(4),沒有發(fā)生扭曲的時候,假設(shè)入射偏振光為S態(tài)偏振光(電矢量方向在光纖包層切面方向)，S態(tài)偏振光到達(dá)鍍金傾斜光纖光柵(4)時由于光柵的I禹合作用，部分光束I禹合進(jìn)入包層中，根據(jù)傾斜光纖光柵稱合特性原理，包層中的偏振光的偏振方向與纖芯入射偏振光的偏振方向一致。然后，當(dāng)鍍金傾斜光纖光柵(4)受到扭曲作用的時候，假設(shè)扭曲角度大小為Θ，入射光的偏振態(tài)仍然不變，但是此時光柵柵面在扭曲作用下已經(jīng)偏離原來位置Θ度，率禹合到包層中的偏振光的電矢量方向不再與入射偏振光的電矢量方向一致，而是同樣產(chǎn)生θ度夾角，以垂直于包層切面方向?yàn)閄軸，以入射光前進(jìn)方向?yàn)棣戚S建立坐標(biāo)系,記包層中偏振光的強(qiáng)度大小為Ε。，Ε?？梢苑纸鉃檠豖方向Ec3和沿y方向的Ect:
[0010]Ecx=Ec cos Θ
[0011]Ecy=Ec sin Θ
[0012]扭曲角度發(fā)生變化時，X方向和y方向偏振光分量的大小也會隨之發(fā)生變化。Ecx是P態(tài)偏振光，Ect是S態(tài)偏振光，以P態(tài)和S態(tài)偏振光強(qiáng)度大小之差作為扭曲角度Θ的函數(shù)，用I標(biāo)示光強(qiáng)大小，用x標(biāo)示扭曲角度大小，可以得出O度至90度二者之間的線性變化關(guān)系:
[0013]y=22.3032-0.53646x+0.00245x2
[0014]本發(fā)明的有益效果是:該裝置能夠?qū)⒋郎y扭曲角度的變化轉(zhuǎn)化為輸出光強(qiáng)度的變化，通過測量不同偏振光輸出強(qiáng)度之差方便實(shí)現(xiàn)扭曲測量，避免了采用波長漂移等方法帶來的不穩(wěn)定性，同時利用傾斜光纖光柵的可以有效的解決傳感中的溫度交叉敏感效應(yīng)，該傳感器還具有靈敏度高、量程大、結(jié)構(gòu)簡單、易于操作等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的基于鍍金傾斜光纖光柵的扭曲測量傳感器示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明的透射光譜圖；
[0017]圖3是本發(fā)明的所選包層模諧振波長P態(tài)和S態(tài)偏振光強(qiáng)度隨扭曲角度Θ變化光譜圖；
[0018]圖4是本發(fā)明的P態(tài)和S態(tài)輸出偏振光強(qiáng)度隨扭曲角度Θ變化關(guān)系圖；
[0019]圖5是本發(fā)明的P-S光強(qiáng)差與扭曲角度Θ函數(shù)關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖及實(shí)施實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0021]參見附圖1，一種基于鍍金傾斜光纖光柵的扭曲測量傳感器，其特征在于:由寬帶光源(I)、偏振控制器(2)、連接光纖(3)、鍍金傾斜光纖光柵(4)、扭曲支架(5)和光譜儀(6)組成；寬帶光源(I)和偏振控制器(2)通過連接光纖(3)相連，偏振控制器(2)和鍍金傾斜光纖光柵(4)通過連接光纖(3)相連，鍍金傾斜光纖光柵(4)左端固定在扭曲支架(5)上，鍍金傾斜光纖光柵(4)右端連接扭曲支架(5)可旋轉(zhuǎn)端，鍍金傾斜光纖光柵(4)和光譜儀(6)通過連接光纖(3)相連，其中扭曲支架(5)左右兩端給鍍金傾斜光纖光柵(4)施加一定的預(yù)應(yīng)力使得鍍金傾斜光纖光柵(4)保持直線狀態(tài)，鍍金傾斜光纖光柵(4)作為扭曲測量的傳感探頭。
[0022]本實(shí)例中選用的寬帶光源(I)以中心波長為1550nm、帶寬為200nm的寬帶光源，連接光纖(3)是纖芯直徑為9微米，包層直徑為125微米的單模光纖，鍍金傾斜光纖光柵
(4)利用氟化氪準(zhǔn)分子脈沖激光器制作而成，采用的方法是相位掩膜法，所使用的光纖是Corning SMF-28載氫光敏單模光纖，其長度為10毫米，柵面傾角為10度，布拉格波長為1610納米，鍍金傾斜光纖光柵(4)表面所鍍金膜厚度為50納米，采用濺射工藝法使金層沉積在傾斜光纖光柵表面；圖2給出了本傳感器中鍍金傾斜光纖光柵在不同扭曲角度下的透射光譜圖；選取某一范圍包層模作為測量對象，包層模諧振峰中的P態(tài)和S態(tài)偏振分量在扭曲作用下逐漸發(fā)生變化，如圖3所示，圖4給出了 P態(tài)和S態(tài)輸出偏振光強(qiáng)度隨扭曲角度Θ變化關(guān)系，把二者強(qiáng)度做差即可得出圖5中P-S光強(qiáng)差與扭曲角度Θ的函數(shù)關(guān)系。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于鍍金傾斜光纖光柵的扭曲測量傳感器，其特征在于:由寬帶光源(I)、偏振控制器(2)、連接光纖(3)、鍍金傾斜光纖光柵(4)、扭曲支架(5)和光譜儀(6)組成；寬帶光源(I)和偏振控制器(2)通過連接光纖(3)相連，偏振控制器(2)和鍍金傾斜光纖光柵(4)通過連接光纖(3)相連，鍍金傾斜光纖光柵(4)左端固定在扭曲支架(5)上，鍍金傾斜光纖光柵(4)右端連接扭曲支架(5)可旋轉(zhuǎn)端，鍍金傾斜光纖光柵(4)和光譜儀(6)通過連接光纖(3)相連，其中扭曲支架(5)左右兩端給鍍金傾斜光纖光柵(4)施加一定的預(yù)應(yīng)力使得鍍金傾斜光纖光柵(4)保持直線狀態(tài)，鍍金傾斜光纖光柵(4)作為扭曲測量的傳感探頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于鍍金傾斜光纖光柵的扭曲測量傳感器，其特征在于:鍍金傾斜光纖光柵(4)長度為10?20毫米，柵面傾角為6?30度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于鍍金傾斜光纖光柵的扭曲測量傳感器，其特征在于:鍍金傾斜光纖光柵(4)表面所鍍金膜厚度為50?100納米。
【專利摘要】一種基于鍍金傾斜光纖光柵的扭曲測量傳感器，其特征在于：由寬帶光源(1)、偏振控制器(2)、連接光纖(3)、鍍金傾斜光纖光柵(4)、扭曲支架(5)和光譜儀(6)組成；寬帶光源(1)和偏振控制器(2)通過連接光纖(3)相連，偏振控制器(2)和鍍金傾斜光纖光柵(4)通過連接光纖(3)相連，鍍金傾斜光纖光柵(4)左端固定在扭曲支架(5)上，鍍金傾斜光纖光柵(4)右端連接扭曲支架(5)可旋轉(zhuǎn)端，鍍金傾斜光纖光柵(4)和光譜儀(6)通過連接光纖(3)相連，其中扭曲支架(5)左右兩端給鍍金傾斜光纖光柵(4)施加一定的預(yù)應(yīng)力使得鍍金傾斜光纖光柵(4)保持直線狀態(tài)，鍍金傾斜光纖光柵(4)作為扭曲測量的傳感探頭。該裝置測量扭曲結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、量程大，可以應(yīng)用于各類實(shí)際工程中，有很好的應(yīng)用前景。
【IPC分類】G01B11-26
【公開號】CN104764418
【申請?zhí)枴緾N201410012064
【發(fā)明人】沈常宇, 陳德寶, 劉樺楠, 魏健, 路艷芳, 褚金雷
【申請人】中國計(jì)量學(xué)院
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2014年1月7日