[发明专利]一种基于全纤芯MZI与FBG结合的光纤传感器其及制作方法

说明书

本发明属于光纤传感领域，公开了一种基于全纤芯马赫‑曾德尔干涉仪(MZI)与光纤布拉格光栅(FBG)结合的光纤传感器其及制作方法。本发明公开的光纤传感器包括光纤、马赫‑曾德尔干涉仪和光纤布拉格光栅，折射率调制线构成的马赫‑曾德尔干涉仪位于光纤纤芯的偏心位置，光纤布拉格光栅位于所述光纤的纤芯中心；所述马赫‑曾德尔干涉仪和所述光纤布拉格光栅由激光器沿所述光纤轴向辐射形成。本发明可实现较大的曲率测试范围，避免了曲率测量时的温度串扰问题；而且，MZI的偏芯结构使得其可根据弯曲时的光谱响应判别弯曲方向。

技术领域

本发明属于光纤传感领域，更具体地，涉及一种基于全纤芯马赫-曾德尔干涉仪(MZI)与光纤布拉格光栅(FBG)结合的光纤传感器其及制作方法。

背景技术

光纤曲率传感器由于其灵敏度高、抗干扰能力强等优点，在建筑健康监测、机械制造、医疗、能源勘探、航空、环境监测等领域受到广泛关注。越来越多的光纤曲率传感器被开发出来。

大多数光纤曲率传感器基于光纤光栅和光纤干涉仪。对于纯光纤光栅结构，包括光纤布拉格光栅(FBG)和长周期光纤光栅，它们通常受到多个参数的影响，曲率测试结果很容易受到其他外部因素的干扰。近年来，越来越多基于光纤干涉仪的曲率传感器被提出，其中大部分是基于光纤马赫-曾德尔干涉仪(MZI)：一类用于曲率传感的光纤微结构MZI具有夹层结构，包括光纤拉锥、微腔、侧向偏移或熔接不同种类的光纤等，上述具有夹层结构的MZI通常鲁棒性差且制备工艺复杂；另一类是结合长周期光纤光栅构成的光纤微结构MZI。然而，现有这些基于MZI的曲率传感器的可测试曲率范围较为有限，大多不超过5m^-1；而且，大多存在温度串扰问题，排除温度串扰的做法是增加额外的测温结构，从而使器件制备过程变得更加复杂，同时提高了生产成本。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于全纤芯马赫-曾德尔干涉仪(MZI)与光纤布拉格光栅(FBG)结合的光纤传感器其及制作方法，旨在解决现有曲率传感器的可测试曲率范围较小和测量易受温度串扰的问题。

为实现上述目的，本发明的一方面提供了一种基于全纤芯MZI与FBG结合的光纤传感器，包括

折射率调制线构成的马赫-曾德尔干涉仪，位于光纤纤芯的偏心位置；

光纤布拉格光栅，位于所述光纤的纤芯中心；

所述马赫-曾德尔干涉仪和所述光纤布拉格光栅由激光器沿所述光纤轴向辐射形成。

进一步地，所述马赫-曾德尔干涉仪的长度可调。

进一步地，所述光纤布拉格光栅的反射波长可调。

进一步地，所述光纤为单模光纤。

进一步地，所述激光器为飞秒激光器。

本发明的另一方面还提供了一种基于全纤芯MZI与FBG结合的光纤传感器的制作方法，包括如下步骤：

将光纤置于三维移动平台上，使光纤的轴向垂直于激光光束的入射方向；

调整所述三维位移平台，使激光聚焦于光纤纤芯内偏心的位置上，同时激光设置为第一脉冲重复频率，控制三维移动平台使光纤沿轴向以第一速度匀速移动，所述三维移动平台停驻后，形成折射率调制线构成马赫-曾德尔干涉仪；

调整所述三维位移平台，使激光聚焦于光纤纤芯中心处，同时激光设置为第二脉冲重复频率，控制三维移动平台使光纤沿轴向以第二速度匀速移动，形成若干具有固定周期的点构成光纤布拉格光栅；

其中，所述第一脉冲重复频率不同于所述第二脉冲重复频率。

进一步地，通过调整所述第二脉冲重复频率和所述第二速度控制所述光纤布拉格光栅的反射波长。