[发明专利]一种耐高温光纤布拉格光栅的制备及高温退火方法

说明书

本发明公开了一种耐高温光纤布拉格光栅的制备及高温退火方法。本发明的技术特点是，利用193nm准分子激光在未载氢的普通单模光纤和光敏光纤上进行长时间地高能量激光曝光处理，通过引入基于结构重组机理的折射率调制，制备出具有较高热稳定性的FBG；利用管式高温炉对所制备的FBG进行高温退火测试，得到了FBG谐振波长的对比度和温度之间的关系，实验结果表明，本发明所制备的FBG在800℃以下可以正常工作；利用管式高温炉对FBG进行长时间地高温退火处理，得到了高温下FBG谐振波长的变化规律。本发明所制备的FBG可望在石油化工、航空航天、金属冶炼等领域有广泛的应用前景。

技术领域

本发明公开了一种耐高温光纤布拉格光栅(FBG)的制备及高温退火方法，属于温度传感技术领域。

背景技术

光纤布拉格光栅FBG具有抗电磁干扰、抗腐蚀、体积小、复用能力强等优势，因此在温度传感领域得到了广泛的应用。而普通工艺制备的FBG在温度超过250℃时，其纤芯的折射率调制会随着温度的升高而被逐渐擦除，故难以应用在温度超过250℃的环境当中。而石油化工、航空航天、金属冶炼等领域需要温度传感器可以长期、稳定地工作在温度超过300℃(甚至超过400℃)的环境当中，这对高温下FBG的稳定性提出了更高的要求，近年来，制备具有高反射率的耐高温FBG成为研究热点之一。

在光敏性较差的光纤(例如：SMF-28、DSF、DCF光纤)上制备出具有高反射率的FBG，通常需要预先对光纤经过载氢处理，这使得FBG的制备工艺在一定程度上变得复杂。

目前高温FBG主要有Ⅰ型FBG、ⅡA型FBG、Ⅱ型FBG，Ⅰ型FBG通常最高可承受300℃的高温；Ⅱ型FBG可以承受超过900℃的高温，但Ⅱ型FBG的带宽较宽，其传感复用能力和测温精度受到了一定的限制；ⅡA型FBG的热稳定性介于Ⅰ型FBG和Ⅱ型FBG之间，在温度超过500℃时，其反射率会明显下降，这使得ⅡA型FBG并不是优良的高温传感器。

基于FBG的高温传感器，通常需要在某些工业领域的高温环境中稳定工作几年甚至更久的时间，这要求FBG的谐振波长在同一温度下不能出现明显偏差，因此对高温下(温度不变)FBG谐振波长的变化规律进行研究是十分有必要的。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术的不足，提供一种耐高温光纤布拉格光栅的制备及高温退火方法，使用193nm准分子激光在未载氢的光纤上制备出具有高反射率的耐高温FBG，通过引入基于结构重组机理的折射率调制，使得所制备的FBG具有较高的热稳定性。利用管式高温炉对制备的FBG进行高温退火测试，得到了FBG谐振峰对比度和温度之间的关系，结果表明，本发明所制备的FBG在800℃以下可以正常工作。通过在400℃对FBG进行长时间地退火处理，得到了高温下(温度不变)FBG谐振波长的变化规律。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种耐高温光纤布拉格光栅FBG的制备及高温退火方法，包括如下步骤：

1)调节制备平台的光路，保证在光纤纤芯处可获得最强的曝光效果，光纤两端分别连接宽带光源及光谱仪监测光栅光谱；

2)控制准分子激光器的工作能量，保持激光的曝光频率不变，依次对未载氢的普通单模光纤SMF-28、色散位移光纤DSF、双包层光纤DCF以及硼锗共掺光纤PS1250进行激光曝光处理，制备出具有高反射率布拉格光栅的FBG；

3)利用管式高温炉对制备的FBG进行高温退火，得到了FBG谐振峰对比度和温度之间的变化关系；

4)利用管式高温炉对制备的FBG在400℃进行高温退火处理，得到了高温下FBG谐振波长的变化规律。

所述未载氢的光纤包括SMF-28、DSF、DCF以及PS1250光纤。