[发明专利]一种哑铃型光纤光栅制备方法及温度不敏感折射率传感器

说明书

技术领域

本发明涉及折射率传感器的研究领域，特别涉及一种哑铃型光纤光栅制备方法及温度不敏感折射率传感器。 

背景技术

光纤光栅的折射率因其体积小、无毒、响应速度快、熔接损耗小、全兼容于光纤、操控灵活方便、分布式检测和能埋入智能材料等优点不仅在光纤通信和传感领域得到应用，而且在环境监测、食品安全检测、新药开发、临床检验、生物和化学、物理等方面有着广泛的用途。但光纤光栅的谐振波长对温度的变化敏感，所以解决温度对光纤光栅折射率传感器的影响很有意义。这种传感器是通过外界参量(温度或应力应变)对光纤光栅的中心波长调制来获得传感信息的。因此，传感器灵敏度高，抗干扰能力强，对光源能量和稳定性要求低，适合作精密、精确测量。据此，设计出一种对温度不敏感的光纤光栅传感器尤为重要。 

为了增强灵敏度，提高光纤波导的倏逝场，比如熔融拉锥，但是这个方法改变了纤芯结构，使得可能光纤整体的光敏性降低或使纤芯内部结构受到破坏，从而不利于紫外光照射的方法进行光栅制作。为了不破坏纤芯结构，人们提出采用化学刻蚀法或侧面抛光法等。相对于侧面抛光法，化学刻蚀能够均匀的对光纤进行刻蚀，侧面抛光法却并不能面面俱到，而且化学刻蚀光纤的结构稳定性较好，光谱性能通过实现可控，这是侧面抛光法无法媲美的。因此，化学刻蚀光纤光栅已经用到测量折射率、DNA、蛋白质、生物试剂等方面，且在灵敏度、稳定性上都有很大的提升。 

然而化学刻蚀法目前主要集中在传统光纤光栅，即采用折射率导光的光纤光栅结构。对于另外一种常见保偏型光纤光栅却鲜有涉及。保偏光纤通过光纤几何尺寸上的设计，产生更强烈的双折射效应，采用应力产生入射光偏振态，使用保偏光纤能够保证线偏振方向不变，从而提高相干信噪比，以实现对物理量的高精度测量。所以其广泛用于航天、航空、航海、工业制造技术及通信等国民经济的各个领域。若对保偏光纤光栅进行化学刻蚀，最终形成结构不对称 的偏振光纤光栅，一方面提高了折射率灵敏度，另一方面可用以消除温度效应的影响，提高器件的温度稳定性，从而具备广阔的应用前景。 

应用中，减少温度影响对光纤光栅折射率传感器的研究至关重要，因为温度引起波长漂移，从而对折射率传感系统造成很大影响，这是光纤光栅固有的属性。传统方法是在传感系统中引入一个只对温度变化起响应的波导结构，从而实现对温度的解析，然而这种结构更复杂。近年来，Yang Ran等人提出利用模式之间的互相耦合如(Temperature Compensated Refractive Index Sensing Using a Single Bragg Grating in an Abrupt Fiber Taper)利用拉锥光纤的锥体的角度和偏振效应，不同偏振态折射率响应不同、温度响应相同，产生三个反射光谱，测量三者波长的间距就能消除温度的交叉影响。他们在(Bragg gratings in rectangular microfiber for temperature independent refractive index sensing)中，提出利用矩形微纳光纤光栅，因其的偏振效应和瞬逝场效应来克服温度因素对灵敏度的影响。以上光纤结构稳定性不好，光纤尺寸小、物理强度不高，难以制作光纤光栅结构。O.Frazao等人制作了特殊结构的双孔光纤(Optical refractometer based on a birefringent Bragg grating written in an H-shaped fiber)，利用两个偏振态对温度不敏感，在较小温度变化内可以忽略温度的影响。然而这种光纤需要特殊的光纤制作工艺，制作难度大、成本高，难以实现。 

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种哑铃型光纤光栅的制备方法，利用保偏光纤做成一种哑铃型光纤光栅，结合了两者独特的高双折射及偏振特点，解决了现有方法中稳定性不高、成本高、技术不成熟、难制备的问题。 

本发明的另一目的在于，提供一种基于上述制备方法所得的光纤光栅的温度不敏感折射率传感器。 

为了达到上述第一目的，本发明采用以下技术方案： 

一种哑铃型结构光纤光栅的制备方法，其特征在于，包括下述步骤： 

(1)、选取双折射保偏光纤，所述双折射保偏光纤的横截面结构为应力施加区的二重对称结构； 

(2)、采用193nm准分子激光器和相位掩膜刻蚀技术在双折射保偏光纤中刻入布拉格光栅；