[发明专利]弱光纤光栅法布里-珀罗腔传感阵列在线制备装置及方法

说明书

本发明公开了一种弱光纤光栅法布里‑珀罗腔传感阵列在线制备装置及方法，该装置包括一维平移台和相位掩模板阵列，一维平移台上设置有用于固定和调节相位掩模板阵列的可移动夹具；相位掩模板阵列的入射面上固定设置有带有多个狭缝的FP掩模板，固定的激光束辐射在狭缝后，在相位掩模干涉区上形成光斑区，并透过相位掩模干涉区辐射在光纤上；夹具沿一维平移台移动，并带动相位掩模板阵列和FP掩模板移动，使激光束辐射到不同的狭缝和相位掩模干涉区上。本发明能够实现不同光栅长度、不同腔长的光栅的制备，且装置结构简单，控制实施容易，FP掩模板切换速度快，提高了工作效率。

技术领域

本发明涉及光纤光栅传感技术领域，尤其涉及一种弱光纤光栅法布里-珀罗腔传感阵列在线制备装置及方法。

背景技术

随着光纤光栅传感应用规模不断扩展、传感需求多样化，光纤光栅传感技术正朝着高性能、集约化和网络化的方向持续发展；随着物联网技术的推广和深入发展，寻求新一代大容量、长距离光纤光栅传感器网络已成为信息获取技术的重大课题。

常规光栅传感系统多采用波分复用方式，由于光源带宽限制，该方法复用的光栅数量有限，远远不能满足大容量要求。武汉理工大学光纤传感技术中心申请了基于时分复用能力强的弱反射率光栅构建大容量传感系统的发明专利(超大容量时分波分光纤光栅传感系统及其查询方法[发明专利].中国,专利号:ZL.201210390000.8.和一种超弱光纤光栅传感系统及其查询方法[发明专利].中国,专利号:ZL.201210391578.5.)。由于时分复用方法基于不同位置光栅的反射光到达探测器的时间不同进行信号解调，所以同一波长上能复用多个光栅；随着光栅反射率的降低，同一波长上光栅复用数量会成倍增加，从而实现光栅传感系统的大复用量。

以上发明专利借助两个SOA的高速开关及光放大特性，通过控制两个SOA的开关时延锁定光栅阵列中的某光栅对其反射信号进行采集，并通过扫描各光栅的时延实现光栅阵列的信号解调。该方法结构简单，实施成本低；同时因能避免大量非光栅处冗余数据的采集及处理，从而提高系统的解调速度。然而，由于大容量检测基于超弱反射率光纤光栅，为了实现光开关SOA足够的功率增益以达到对光栅超弱反射信号的检测，光源带宽需要限制在较窄范围(4nm左右)内，有限的波长带宽较难满足大多数实际工程的结构应力监测。

如何解决该检测方法的窄光源带宽与工程检测所要求的宽工作带宽之间的矛盾，以完善超大容量时分波分光纤光栅传感系统及其查询方法[发明专利].中国,专利号:ZL.201210390000.8.和一种超弱光纤光栅传感系统及其查询方法[发明专利].中国,专利号:ZL.201210391578.5.在实际工程应用中应力检测的可行性，实现更加实用可行的超大容量、长距离光纤光栅传感网络成为本发明申请提出的关键所在。

光纤光栅法布里-珀罗腔(FP)阵列，用光栅FP替代超弱光纤光栅作为传感基元。由于其干涉腔内介质是光纤，光在腔内来回反射的损耗非常小，因此，光纤光栅FP腔传感阵列具有光纤光栅阵列低插入损耗的特点，可以实施大容量、长距离传感。用两光栅间的FP腔作为传感部件，通过检测光栅FP腔干涉谱的变化实现传感被测量的检测。相对于以光纤光栅作为传感单元的传感系统，光纤光栅FP传感器具有以下优点：

1、由于光纤光栅FP腔的传感部分为两光栅间的光纤，光栅本身并不参与应力传感，因此并不存在光纤光栅本身作为传感单元因应力作用使其Bragg波长飘出光源带宽的情况，光纤光栅FP腔具有更宽的动态响应范围。

2、光纤光栅在不均匀应力作用下会出现啁啾现象，导致Bragg波长解调不准，而光纤光栅FP以腔中光纤作为传感部件，其干涉谱变化仅与腔长变化有关，因此并不会出现光栅啁啾现象导致检测难度增加。