[发明专利]使用布拉格光栅阵列测量温度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种温度测量技术领域的方法，具体是一种使用布拉格光栅阵列测量温度的方法。

背景技术

目前通常所采用的温度探测方法主要有热电偶法、电参数法和红外热成像探测法等。热电偶法使用探针对目标点的温度进行采样，实际上相当于用几个微小的温度计来进行温度测量，响应速度较慢，同时监测温度的范围较小，达不到芯片温度实时探测的要求；电参数法，是一种间接的粗略估算方法，无法满足测试芯片温度的精度要求；红外测温法，是利用红外线探测设备来描绘物体的整体温度分布或测量某一局域温度，所以要求探测器与被监测对象之间无障碍物，且有足够空间来安置红外探测接收装置，所以该方法在内部空间利用率高、组件间距狭小的许多仪器设备中应用较为困难。此外液晶测温容易受温度以外的因素影响，如电磁场等，还有工艺复杂、存在液晶泄漏可能性等缺点。

另一方面，布拉格光栅是一种可将特定波长、特定入射角度的光波全部反射而让其它光波完全透过的特殊光栅。通过外部因素改变光栅的周期，可以使其反射的波长发生变化。这个独特的性质使布拉格光栅广泛应用于测量、通信、传感等领域。布拉格光栅反射的波长和折射率变化周期的关系如下式

2πΛ=2·2πnλcosθ]]>

其中Λ为光栅周期，即折射率变化周期，n为波导正常段的折射率，即真空光速与波导中光速的比值，λ是光栅反射的波长，θ是光传播角度与光栅法线的交角。θ通常等于90°，故上式可化简为λ=2nΛ。可见只要光栅周期发生变化，光栅所反射的波长也会发生变化。有很多因素可以导致布拉格光栅周期的变化，如温度、应力等。因此，可以通过测量布拉格光栅反射波长的变化来推断光栅周期的变化，进而得知引起光栅周期改变的因素的变化，此即为布拉格光栅感应器的工作原理。

图1为布拉格光栅传感原理图，其中，a宽带探测光光谱；b经过一个布拉格光栅后的透射谱；c无外界因素改变的布拉格光栅及其反射光谱；d因外界因素改变周期，示意图中为变大的布拉格光栅及反射峰发生的变化，示意图中为红移。

超快激光直写式微纳加工技术基于非线性光学现象，只在激光焦点内改变材料的物理化学性质而不损伤激光路径上除焦点外的材料，这使得这种技术相较于以往的加工技术具有两点显著优势：一、极高的加工精度。因为材料需要在具有极高光强的区域，光强高于某一阈值才会发生性质的改变，而这样的光强往往是聚焦超快激光形成的焦点才能提供，所以通过调节整体激光光强可以控制曝光区域，即阈值等光强面所围成的区域的大小，甚至可以让该区域突破衍射极限，通常为波长的四分之一。二、对制造对象几何复杂度的低敏感性。在激光焦点以外光路区域并不会发生材料损伤，这一高度的空间选择性使得该技术可以加工任意形状的三维物体，不存在加工死角。通过在材料内部按照由目标物体转化的扫描路径移动激光焦点，即可制造出目标物体，这一生成过程类似于织毛衣、蚕作茧、燕子筑巢、纹身等。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN202075063，公开日2011-12-14，记载了一种电缆测温的光纤布拉格光栅温度传感器，它包括布拉格光栅光纤和封装壳，布拉格光栅光纤在预拉伸和固化后，光纤布拉格光栅段的横截面积缩小为未拉伸前的μ倍，0<μ<1，光纤布拉格光栅放入薄片铝板的凹槽中，底部用耐高温胶封装固定于凹槽中。但该技术无法实现同时大面积使用此类温度传感器检测物体整体温度分布情况。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种使用布拉格光栅阵列测量温度的方法，能够简便、实用、高效地进行测温。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种使用布拉格光栅阵列测量温度的方法，包括以下步骤：

步骤一、根据待测温对象的几何结构以及测温点确定测温芯片的结构，测温装置中均匀布置若干布拉格光栅，测温装置贴合测温点，向各个布拉格光栅引入一束宽带输入光；