[发明专利]一种基于硫系玻璃材料的温度传感装置及其搭建方法

说明书

本发明公开了一种基于硫系玻璃材料的温度传感装置及其搭建方法，该温度传感装置包括宽带光源、第一光谱分析仪和硫系玻璃材料制成的长周期光纤光栅，长周期光纤光栅的两端分别与宽带光源和第一光谱分析仪相连，长周期光纤光栅由单模硫系玻璃材料光纤经熔融拉锥为锥形硫系光纤并在锥形硫系光纤上经飞秒激光脉冲写入长周期光栅得到。本发明基于硫系玻璃材料的温度传感装置的温度灵敏度可达2.97186 nm/℃，显著高于传统石英长周期光纤光栅传感器的0.04‑0.1 nm/℃的温度灵敏度，更适用于高灵敏度温度传感测量，在高灵敏度的传感领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种传感装置，具体涉及一种基于硫系玻璃材料的温度传感装置及其搭建方法。

背景技术

由于前向传输的纤芯模与同向传输的包层模之间发生耦合，长周期光纤光栅可将导波中某一频段的光耦合到包层中损耗掉，其周期在几十微米到几百微米之间。长周期光纤光栅的传输特性会因为外界应力、环境温度等因素的影响而发生改变，通过谐振波长的调谐可获得其传感信息。光纤光栅传感的优点在于抗电磁干扰能力强，体积小，可以埋入材料内部，易于与光纤连接等。与布拉格光纤光栅相比，长周期光纤光栅对环境的变化反应更加灵敏，因此常被用于传感方面。高灵敏度的光纤光栅温度传感器是现代传感器发展的一个重要方向。最常见的是基于石英材料的长周期光纤光栅的温度传感。石英材料的透过范围一般不会超过2μm，即它无法应用于2μm以上的中红外波段。而中红外波段是极其重要的大气窗口，包含很多的分子指纹区，可用于激光测距、激光雷达和大气通信，也是大多数军用探测器的工作波段。另外，石英长周期光纤光栅的温度灵敏度一般在0.04-0.1nm/℃，不能应用于高灵敏度传感检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种温度灵敏度高、温度稳定性好的基于硫系玻璃材料的温度传感装置及其搭建方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于硫系玻璃材料的温度传感装置，包括宽带光源、第一光谱分析仪和硫系玻璃材料制成的长周期光纤光栅，所述的长周期光纤光栅的两端分别与所述的宽带光源和所述的第一光谱分析仪相连，所述的长周期光纤光栅由单模硫系玻璃材料光纤经熔融拉锥为锥形硫系光纤并在锥形硫系光纤上经飞秒激光脉冲写入长周期光栅得到。

硫系玻璃材料具有红外透过范围宽、非线性系数高、声子能量低等优势，其热光系数大于石英材料；与普通光纤相比，锥形硫系光纤具有混频效应，使得光能空间分布更加均匀，可实现高能聚焦。本发明结合了锥形硫系光纤和长周期光纤光栅的优良特性，利用飞秒激光脉冲在锥形硫系光纤上刻写长周期光纤光栅，实现了温度传感装置的更高的灵敏度和更好的温度稳定性，该长周期光纤光栅在高温下不易擦除。

温度变化时，本发明基于硫系玻璃材料的温度传感装置中的长周期光纤光栅的波长发生变化，该温度传感装置通过测量温度变化引起的谐振波长的位置变化来获得待测温度信息，能够精确检测温度信息。本发明基于硫系玻璃材料的温度传感装置的温度灵敏度可达2.97186nm/℃，显著高于传统石英长周期光纤光栅传感器的0.04-0.1nm/℃的温度灵敏度，更适用于高灵敏度温度传感测量，在高灵敏度的传感领域具有广泛的应用前景。

作为优选，所述的长周期光纤光栅的透射中心波长为1510～1590nm，带隙深度大于8dB。

作为优选，所述的宽带光源的波长范围为800～2000nm，所述的第一光谱分析仪的测量范围为500～2500nm。

作为优选，所述的飞秒激光脉冲的波长为800nm，重复频率为1kHz。

作为优选，所述的硫系玻璃材料为Ge-As-Se硫系玻璃材料、Ge-Sb-Se硫系玻璃材料、As-Se硫系玻璃材料或As-S硫系玻璃材料。