[发明专利]一种基于锥形光纤光栅的大带宽磁场传感器以及制备方法

说明书

针对现有技术中的磁场传感器获得的光信号的带宽都相对较窄的问题，本发明提出了一种基于锥形光纤光栅的大带宽磁场传感器以及制备方法，包括毛细玻璃管、锥形光纤光栅以及磁流体；其特征在于：锥形光纤光栅包括依次连接的用于接收入射光波的进光段、拉伸段、用于导出光波的出光段以及若干光纤光栅；其中，拉伸段包括依次连接的第一圆台段、圆柱段以及第二圆台段；其中，光纤光栅均匀设置在毛细玻璃管内的中部且光纤光栅刻写在第二圆台段的变径段。本发明结构简单，通过将光纤光栅设置在第二圆台段的变径段使本发明获得了较大的光信号的带宽。

技术领域

本发明属于信息技术中的光纤传感领域，具体涉及一种基于锥形光纤光栅（TFBG：taper Fiber Bragg grating）的大带宽磁场传感器，可以有效增加光信号额带宽，以及其制备方法。

背景技术

自然界和人类社会生活的许多地方都存在磁场或与磁场相关的信息。在当今的信息社会中，磁场传感器已成为信息技术和信息产业中不可缺少的基础元件。目前，人们已研制出利用各种物理、化学和生物效应的磁场传感器，并已在科研、生产和社会生活的各个方面得到广泛应用，承担起探究种种信息的任务。

早先的磁场传感器，是伴随测磁仪器的进步而逐步发展的。在众多的测磁方法中，大都将磁场信息变成电讯号进行测量。在测磁仪器中“探头”或“取样装置”就是磁场传感器。传统的磁场传感器有磁力法、电磁感应法、电磁效应法，磁共振法等，这些大多基于通电线圈或者金属和半导体结构等。随着信息产业、工业自动化、交通运输、电力电子技术、办公自动化、家用电器、医疗仪器等等的飞速发展和电子计算机应用的普及，需用大量的传感器将需进行测量和控制的非电参量。正是基于上述需求，光纤式磁场传感器得到了重点关注和研究开发。

而且，与传统的电学式磁场传感器相比，光纤传感器具有体积小、功耗低、易于组网传输等优点。

目前，光纤式的磁场传感器已经开始逐渐实用化，利用磁流体调制光信号是主要的方法之一。磁流体是一种新型的功能材料，其蒸发速率与载液有关，同时当存在外磁场的时候，磁流体的内部的固体颗粒会发生聚集并沿着外磁场方向作用定向排列，从而引起磁流体的折射率发生变化。

具体的方式如：一种基于双芯光纤微通道和磁流体的光纤磁场传感器（CN207352076U），利用双芯光纤形成干涉，并用磁流体调控一路干涉臂进行探测；磁流体包覆微纳光纤光栅传感头的磁场传感器（CN207281263U）， 利用磁流体对HF酸腐蚀的光纤光栅进行包覆，根据磁流体折射率的变化探测磁场。

还有，如一种基于光子晶体光纤和光栅的磁场传感器及测量方法（CN201711260749.X），用刻蚀方法在光子晶体光纤的侧面加工纳米金光栅，然后用磁流体涂覆金属光栅，根据表面等离激元的激发情况来探测磁场。

以及，一种基于柚子型光纤和布拉格光纤光栅的磁场传感器（CN107064827A）， 填充磁流体至柚子型光纤中，利用光纤光栅的反射特征波长来反射信号，从而获得磁场信号。

在上述专利中，受限于光纤布拉格光栅的特性，这些磁场传感器获得的光信号的带宽都相对较窄，光被磁场调制后能量只在较小的波长范围中存在；且普通光纤光栅的消逝场很小，与磁流体的相互作用能量小。

发明内容

针对现有技术中的磁场传感器获得的光信号的带宽都相对较窄的问题，本发明提出了一种基于锥形光纤光栅的大带宽磁场传感器以及制备方法，能有效的增加带宽，并能增强与磁流体的相互作用，形成一种结构更为紧凑的光纤式磁场传感器。

为实现上述的目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于锥形光纤光栅的大带宽磁场传感器，包括毛细玻璃管、同轴密封设置在毛细玻璃管内的锥形光纤光栅以及设置在毛细玻璃管内充满的磁流体；锥形光纤光栅包括依次连接的用于接收入射光波的进光段、拉伸段、用于导出光波的出光段以及若干光纤光栅；

其中，拉伸段设置在毛细玻璃管内，进光段与出光段延伸到毛细玻璃管的外部；