[实用新型]多维应力光子晶体光纤测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及光子晶体光纤传感领域，具体讲，涉及多维应力光子晶体光纤测试装置。 

背景技术

随着科技的进步，人们对传感器的要求越来越高，光纤传感器以其本身优点在科研和工业应用中一直占有重要的地位。与传统的传感器相比，光纤应力传感器以其造价低廉、重量轻、不受电磁辐射等影响等优点而被广泛应用，在国家安全、重大工程、生物医药等多个领域具有重大的社会需求和应用前景。由于大多数光纤只用石英材料，通过特殊的微结构实现导光，当给光纤施加应力时，会改变光纤的微结构，导致谐振波长的变化，因此可以用来实现应力传感。 

光纤受到应力将引起弯曲传感损耗,光纤中传输的光强因光纤弯曲损耗受到调制。光纤应力传感的主要机理是模式耦合，即纤芯中传输的导模耦合到辐射模中随之辐射到光纤之外。目前光纤应力传感的成熟度和应用情况相对不足，大部分的研究也是基于光纤光栅。该研究将两个光纤光栅分别贴在待检测机构的两个面上，当机构发生弯曲变形时，通过检测两个光纤光栅特征波长变化量来实现应力传感。这种方法的缺点是在贴附光纤光栅时两者的位置要精确对应，而且还要考虑环境温度对传感的影响。为了克服光纤光栅的不足，又提出了基于光子晶体光纤的应力传感方法，如基于拉锥光子晶体光纤的马赫-泽德干涉仪。将拉锥光子晶体光纤两端的空气孔塌陷，然后分别熔接标准单模光纤，以此来构成应力传感器。然而，由于光纤不同弯曲方向的谐振波长弯曲灵敏度几乎相同，因此上述的光纤应力传感器只能检测到一维应力，而不能够进行多维应力。在许多实际的工程测量应用中，往往需要进行多维应力的测量。目前，已报道的多维应力传感使用紫外光在氢载光纤中写入的具有一定的应力相关性的两个长周期光纤光栅相互配合在一定程度上可以解决工程测量中的多维应力传感问题。但是这种方法需要使用多个传感器组合测量，长周期光纤光栅受温度影响较大，检测精度不高，依据能量损耗实现应力测量存在较大误差。 

近年来，多芯光子晶体光纤的概念被提出。多芯光子晶体光纤各个纤芯之间的光场相互耦合可以形成所谓“超模”，其中的同相超模具有类高斯型的远场强度分布，有效模场分布面积较大。多芯光子晶体光纤激光器，就是采用有源多芯光子晶体光纤作为激光增益介质的激光器。有源多维应力光子晶体光纤传感装置不仅具有常规光子晶体光纤传感装置的众多优良特性,并且由于有源传感装置将光源与传感器及其传输介质集合到一起,进一步增强了结构的紧凑性,并有很高的稳定性和灵敏度，可以实现多维应力传感。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于光子晶体光纤激光器的新型多维应力传感装置。将双包层掺镱多芯光子晶体光纤作为激光增益物质的同时，还可以将其作为多维应力传感器，以此来实现多维应力传感。采用该传感器装置，可以对空间多维应力进行检测，能够检测到 从空间多方向施加的应力。同时，相比较于以往的应力传感器，能够简化传感器装置，减小装置的体积，提高应力测量的灵敏度。并且省去了传统光纤应力传感器使用的昂贵的光谱分析仪和宽带光源，节约了成本。由于硅基光子晶体光纤的超低温度灵敏性，该多维应力传感器能够在室温条件下稳定运行。为此，本实用新型采取的技术方案是，多维应力光子晶体光纤测试装置，包括：依次相连的激光泵浦源、泵浦耦合系统、双色镜、激光增益介质、光子晶体光纤端面作为输出镜；激光增益介质为双包层掺镱多芯光子晶体光纤，双包层掺镱多芯光子晶体光纤的中部一段两端由高精度调整架固定形成应力传感部分；多芯光子晶体光纤的一个端面作为输出镜，依靠4％的菲涅尔反射，与双色镜构成激光谐振腔；增益光子晶体光纤的输出依次通过显微物镜、光衰减片、CMOS探头输出到计算机处理系统。 

半导体激光器作为激光泵浦源，通过尾纤和耦合器连接，对有源多心光子晶体光纤进行泵浦，其固定输出波长为978nm，由尾纤输出。尾纤通过快速接头PMA与耦合器相接。 

光纤输出聚焦镜作为泵浦耦合系统，倍率为1:0.5,978nm波长泵浦光透过率>95％，工作距离为30mm，数值孔径为0.22。 

双包层掺镱多芯光子晶体光纤作为产生激光的增益介质，得到1036nm附近的激光输出；泵浦端面镜采用双色镜紧贴有源光子晶体光纤的端面，它在978nm波长高透，1036nm高反；多芯光子晶体光纤的另一个端面作为激光出射镜。 

双色镜，978nm波长高透，1036nm波长高反。 

与已有技术相比，本实用新型的技术特点与效果：