[发明专利]一种具有相近强度多峰布里渊散射谱的光子晶体光纤

说明书

本发明涉及一种具有相近强度多峰布里渊散射谱的光子晶体光纤，光子晶体光纤截面内为正三角形排布的圆形空气孔，填充有空气的圆形空气孔的折射率为1；光子晶体光纤的光纤材料为纯石英玻璃，其折射率为1.45，声速为5972m/s，密度为2203kg/m³；所述光子晶体光纤截面内包括由内至外排布的若干层圆形空气孔，相邻圆形空气孔间距Λ为2.35μm，内部的两层空气孔直径d_h为2.3μm，其余层空气孔直径d_h在2.1μm‑2.3μm；当入射光波长为1.55μm时，光子晶体光纤的布里渊散射谱中出现峰值功率相差在2dB以内的四个峰。本发明可有效用于基于布里渊散射互拍谱的分布式光纤传感系统中，实现温度和应变的高精度快速分布式测量。

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感领域，具体涉及一种具有相近强度多峰布里渊散射谱的光子晶体光纤。

背景技术

基于布里渊散射的分布式光纤传感技术，为利用光纤中的布里渊散射效应实现温度与应变的连续分布式测量，可作为能源、电力、建筑、通讯、交通、安防等诸多领域中的故障诊断和事故预警手段。该技术目前存在的主要问题是其传统的布里渊频谱检测方法制约了传感系统的检测速度，难以满足许多应用场合对于故障诊断和事故预警的快速实时需求。

2013年，Y.Lu等人提出了一种基于布里渊拍频谱探测的零差布里渊光时域反射(Brillouin optical time-domain reflectometry,BOTDR)分布式光纤传感技术，仅通过测量拍频谱的功率即成功实现了对光纤上温度和应变的快速分布式测量(参考文献1,Y.Lu,Z.Qin,P.Lu,D.Zhou,L.Chen,and X.Bao.Distributed strain and temperaturemeasurement by Brillouin beat spectrum[J].IEEE Photon.Technol.Lett.,2013,25(11):1050-1053)。这种快速测量方法要求传感光纤具有3个或3个以上的多峰布里渊散射谱，利用多峰之间互拍得到的拍频谱来实现温度和应变等多参量的测量。参考文献1中所使用的光纤为大有效面积光纤，是一种传统的实芯光纤，其布里渊散射谱具有3个峰。但由于3峰峰值功率有较大差距(其中第1个峰比第2个峰强度高约17dB，第1个峰比第3个峰强度高约19dB)，导致拍频谱的功率较弱，获得的温度和应变测量精度不高。因此，在快速测量的同时需要获得温度和应变等多个参量较高精度的测量，需要传感光纤具有相近强度(强度差异小于3dB)多峰布里渊散射谱。

2004年，Y.Koyamada等人(参考文献2，Y.Koyamada,S.Sato,S.Nakamura,H.Sotobayashi and W.Chujo.Simulating and designing Brillouin gain spectrum insingle-mode fibers[J].J.Lightw.Technol,2004,22(2):631-639.)提出了一种纤芯掺锗的传统实芯光纤，其布里渊散射谱包含3个峰，其最大峰值强度差约为5dB(其中第1个峰与第2个峰峰值强度相差约5dB，第1个峰与第3个峰峰值强度相差约4dB)。这是目前报道的峰值强度最为相近的光纤，但尚未达到多峰强度差异小于3dB的要求。

近十年来，光子晶体光纤(Photonic Crystal Fibers,PCF)以其独特的结构和导光机制吸引了学术界的关注，成为光电子学领域的研究热点。具有空气孔的光子晶体光纤具有与传统实芯光纤不同的结构和光传输原理，其导模的特性非常优越，有良好的非线性效应、高双折射效应，设计与制造的自由度较高，它的这些优良特性为光纤传感等领域的研究进展提供了新的途径。本发明基于光子晶体光纤，提出一种具有相近强度多峰布里渊散射谱的光子晶体光纤设计方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有相近强度的多峰布里渊散射谱光子晶体光纤，可用于基于布里渊散射互拍谱的分布式光纤传感系统中，实现温度和应变等多参量的高精度快速分布式测量。