[发明专利]一种光纤纤芯三维空间温度的准分布式测量方法

权利要求书

1.一种光纤纤芯三维空间温度的准分布式测量方法，其特征在于，在待测光纤的纤芯区域三维空间内刻写光纤布拉格光栅阵列，包括在纤芯的多个横向平面内并行刻写的光纤布拉格光栅阵列以及沿光纤轴向串行刻写的光纤布拉格光栅阵列，每个横向平面内的光纤布拉格光栅阵列均包括多个光纤布拉格光栅，光纤布拉格光栅阵列中的各光纤布拉格光栅的谐振波长互不相同；利用各光纤布拉格光栅的光谱对温度的响应特性实现对纤芯区域各光纤布拉格光栅所在位置的温度传感，根据纤芯区域中所有的光纤布拉格光栅的光谱变化，实现纤芯区域内的温度准分布式测试，实现纤芯区域内三维温度场测量，其中各光纤布拉格光栅通过飞秒激光逐点刻写方式刻写而成，在逐点刻写过程中，保持脉冲激光能量不变，根据耦合模理论，越靠近纤芯的纤芯中心的光纤布拉格光栅谐振强度越强。

2.根据权利要求1所述的光纤纤芯三维空间温度的准分布式测量方法，其特征在于，各光纤布拉格光栅不同的谐振波长通过改变各光纤布拉格光栅的周期来实现。

3.根据权利要求1所述的光纤纤芯三维空间温度的准分布式测量方法，其特征在于，各光纤布拉格光栅的空间上相互间隔一定距离，且各光纤布拉格光栅的光谱互不重叠。

4.一种高功率光纤激光器纤芯横向平面温度梯度测量系统，其特征在于，包括高功率光纤激光器、波分复用器、ASE光源、环形器和光谱仪，所述高功率光纤激光器包括种子源和增益光纤，所述增益光纤的纤芯区域三维空间内利用飞秒激光逐点刻写方法刻写有光纤布拉格光栅阵列，包括在纤芯的多个横向平面内并行刻写的光纤布拉格光栅阵列以及沿光纤轴向串行刻写的光纤布拉格光栅阵列，每个横向平面内的光纤布拉格光栅阵列均包括多个光纤布拉格光栅，光纤布拉格光栅阵列中的各光纤布拉格光栅的谐振波长互不相同；ASE光源输出激光由环形器的1#端口输入并从环形器的2#端口输出至波分复用器，然后输入到高功率光纤激光器的光路，当传输至增益光纤中的光纤布拉格光栅阵列时，位于各光纤布拉格光栅谐振波长的光能量被反射回去并经波分复用器传输至环形器的2#端口，通过环形器的2#端口传输至环形器的3#端口连接的光谱仪进行光谱测试，利用各光纤布拉格光栅的光谱对温度的响应特性实现对纤芯区域各光纤布拉格光栅所在位置的温度传感，根据增益光纤的纤芯区域中所有的光纤布拉格光栅的光谱变化，确定增益光纤的纤芯区域内光纤布拉格光栅阵列的三维温度场分布。

5.根据权利要求4所述的高功率光纤激光器纤芯横向平面温度梯度测量系统，其特征在于，所述高功率光纤激光器为掺镱光纤激光放大器，所述高功率光纤激光器中的增益光纤采用掺镱光纤。

6.根据权利要求5所述的高功率光纤激光器纤芯横向平面温度梯度测量系统，其特征在于，所述高功率光纤激光器为前向泵浦或后向泵浦。

7.根据权利要求5所述的高功率光纤激光器纤芯横向平面温度梯度测量系统，其特征在于，所述高功率光纤激光器为双向泵浦方式。

8.根据权利要求7所述的高功率光纤激光器纤芯横向平面温度梯度测量系统，其特征在于，所述高功率光纤激光器包括前向泵浦源、后向泵浦源、前向合束器、后向合束器、掺镱光纤；所述种子源输出的激光波段为1060nm波段，所述ASE光源为C+L波段ASE光源，各前向泵浦源和后向泵浦源的泵浦波长为976nm，所述波分复用器为1060nm/1550nm波分复用器，具有三个端口，分别为1550nm波段端口、1060nm波段端口、1060nm/1550nm波段端口；所述环形器为1550nm波段环形器，所述种子源的输出端连接波分复用器的1060nm波段端口，所述环形器的2#端口连接至1060nm/1550nm波分复用器的1550nm波段端口，波分复用器的1060nm/1550nm波段端口以及各前向泵浦源连接前向合束器，各后向泵浦源连接后向合束器，前向合束器和后向合束器之间连接有掺镱光纤，掺镱光纤其纤芯区域刻写的光纤布拉格光栅阵列中的各光纤布拉格光栅的谐振波长位于1550nm波段。

9.根据权利要求7所述的高功率光纤激光器纤芯横向平面温度梯度测量系统，其特征在于，C+L波段ASE光源输出激光由1550nm波段环形器的1#端口输入，1550nm波段的激光从1550nm波段环形器的2#端口输出至1060nm/1550nm波分复用器的1550nm波段端口，然后1550nm波段的光输入至掺镱光纤激光放大器的光路，与1060nm波段的激光经过前向合束器合束后在同一根光纤中传输，当1550nm波段的光传输至掺镱光纤其纤芯区域中的布拉格光栅阵列时，位于光纤布拉格光栅谐振波长的光能量被反射回去，1060nm波段的激光透过光纤布拉格光栅阵列传输至后向合束器，然后被放大的激光输出，被反射的1550nm波段的光能量返回至1060nm/1550nm波分复用器的1550nm波段端口，通过1550nm波段环形器的2#端口传输至1550nm波段环形器的3#端口，最后传输至光谱仪进行光谱测试，确定光纤芯区域内光纤布拉格光栅阵列的三维温度场分布。