[实用新型]一种基于偏振光检测的光子晶体光纤温度传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于温度传感器领域，涉及一种基于偏振光检测的光子晶体光纤温度传感器。

背景技术

对温度进行测量在我们日常生活中随处可见，温度计就是其中最普通的一种简易温度传感器。随着社会的发展和科技的进步，其他一些基于电信号的温度传感器如热电偶、热敏电阻等也已逐渐进入人们的视线，并广泛应用于温度检测的各个领域。它们的测温原理及结构都比较简单，但由于是以电信号作为工作媒介，很容易受到电磁干扰，且存在着易腐蚀，灵敏度较低，难以实现分布式传感等缺点。

光纤传感器有许多独特的优点，如抗电磁干扰，灵敏度高，体积小，抗腐蚀，可应用于各种不同的环境中。用光纤作为温度测量媒介的机理多种多样，而基于布拉格光纤光栅或长周期光纤光栅的温度传感器以其较简单的原理受到人们的重视。此类传感器主要利用温度变化引起的谐振波长漂移，通过光谱仪检测波长漂移量或利用解调系统把波长漂移量转换为强度变化，通过光功率计检测光强大小即可得到温度信息。然而，布拉格光纤光栅温度传感器的灵敏度比较低(只有～10pm/℃)，无法应用于高灵敏测温领域；长周期光纤光栅温度传感器由于其对弯曲的极度敏感性，在测温过程中极易引入无法预见的干扰，因此对测量条件要求非常高。

发明内容

本实用新型目的就是针对现有光纤温度传感器灵敏度不高等缺点，提出了一种基于偏振光检测的光子晶体光纤温度传感器，此传感器结构简单、灵敏度高。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种基于偏振光检测的光子晶体光纤温度传感器，包括单波长光源、光纤起偏器、部分灌入液体的光子晶体光纤和光功率计；单波长光源与起偏器一端连接，光纤起偏器另一端与部分灌入液体的光子晶体光纤一端连接，部分灌入液体的光子晶体光纤另一端与光功率计连接。

其中，所述的部分灌入液体的光子晶体光纤的长度为1mm，灌入液体为折射率为1.333的水溶液，灌入液体的区域为V型区域，大小为光子晶体光纤横截面积的六分之一。

本实用新型所具有的优点为：一种基于偏振光检测的光子晶体光纤温度传感器，以长为1mm的部分灌入液体的光子晶体光纤作为温度传感头，结构简单使用方便；基于偏振光检测，此传感器对温度有较高的灵敏度。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是部分灌入液体的光子晶体光纤探测头的横截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步描述。

如图1所示，一种基于偏振光检测的光子晶体光纤温度传感器，包括单波长光源1、光纤起偏器2、部分灌入液体的光子晶体光纤3和光功率计4；单波长光源1与起偏器2一端连接，光纤起偏器2另一端与部分灌入液体的光子晶体光纤3一端连接，部分灌入液体的光子晶体光纤3另一端与光功率计4连接。

如图2所示，部分灌入液体的光子晶体光纤3的长度为1mm，灌入液体5为折射率为1.333的水溶液，灌入液体的区域6为V型区域，大小为光子晶体光纤横截面积的六分之一。

本实用新型基于以下原理：

入射光源为一个带有DFB自反馈电路系统的单波长光源，DFB自反馈电路系统可以稳定光源，消除光源抖动带来的干扰。入射光的波长是位于光子晶体光纤带隙边缘的光波长。光纤起偏器用于调节入射光的偏振态，使得入射光的偏振态调整为Y偏振态。Y偏振光经过部分灌入液体的光子晶体光纤后，光强与温度有关，所以通过光功率计检测出射光强就可实现温度传感。

本实用新型的关键技术：

部分灌入液体的光子晶体光纤的长度为1mm。所灌入液体的区域为特定的V型区域，使用飞秒激光器加工光子晶体光纤的V型区域，具体加工技术可参考文献“Selective opening of air holes in photonic crystal fiber”，Optics Letters，vol.35，no.23，3886-3888。液体利用毛细管力灌入到光子晶体光纤V型区域的空气孔内。所灌入的液体为折射率为1.333的水溶液。部分灌入液体的光子晶体光纤有一个较高的偏振相关损耗。波长位于光子晶体光纤带隙边缘的Y偏振光对所灌入液体折射率非常敏感。所以当温度变化引起灌入液体折射率变化时，Y偏振光的光强就会发生明显的变化。部分灌入水溶液的光子晶体光纤就作为温度传感头，通过光功率检测Y偏振光的光强就可实现温度传感。

本实施例中我们使用的光子晶体光纤是由Crystal Fiber A/S生产的HC-1550-02光子带隙型光子晶体光纤。输入光源的波长为1530nm。使用全矢量有限元的方法，我们计算出在不同温度下，Y偏振光的光强损耗。当温度为0℃，水溶液折射率为1.33061时，波长为1530nm的Y偏振光的光强损耗为2.88dBm；当温度为20℃，折射率为1.333时，波长为1530nm的Y偏振光的光强损耗为3.96dBm；当温度为40℃折射率为1.33395时，波长为1530nm的Y偏振光的光强损耗为7.30dBm。由以上结果可知，此传感器对温度变化有很好的传感效果，温度灵敏度达0.11dBm/℃，当使用分辨率为0.01dBm的光功率计测量时，可以分辨出0.1℃温度变化。