[发明专利]测量海水温盐的级联孤子自频移全光纤传感系统及方法

说明书

本发明公开了一种测量海水温盐的级联孤子自频移全光纤传感系统及方法，其特征在于，所述系统包括：光纤激光器，光纤传感器，光谱仪，上位机；其中，光纤激光器与光纤传感器相连，光纤传感器与光谱仪相连，光谱仪与上位机相连；采用该系统的测量方法包括以下步骤：(1)光纤激光器发射的激光脉冲，直接耦合进空气孔中填充有海水的碲酸盐光子晶体光纤传感器，产生级联双孤子；(2)该级联双孤子经过碲酸盐光子晶体光纤传感器的另一端传输至光谱仪；(3)光谱仪在上位机显示图谱的变化。本发明提出的光纤传感系统及方法，结构简单、制作成本低、全光纤化，是实现海水温度与盐度检测的有效手段。

技术领域

本发明属于光学设计技术领域，具体涉及一种测量海水温盐的级联孤子自频移全光纤传感系统及方法。

背景技术

光脉冲在光纤中传输时，同时受到色散和非线性Kerr效应的影响，在两种不同效应作用下，脉冲均会发生展宽。在光纤的反常色散区，群速度色散和自相位调制相互作用可以实现平衡，由此在传输中形成无形变的光脉冲，这种光脉冲被称为光孤子，被广泛应用于光纤通信、可调谐激光器等领域。当入射的光脉冲的功率、初始脉宽、光纤的非线性系数、色散满足一定的关系时，便可在光纤的反常色散区产生高阶孤子。当光脉冲以高阶孤子的形式在光纤的反常色散区传输时，在脉冲内拉曼散射的作用下，高阶孤子发生分裂，分裂成多个基阶孤子。每个基阶孤子具有不同的脉宽和峰值功率，高阶孤子分裂在孤子自频移产生拉曼孤子的过程中起着重要的作用。光子晶体光纤(PCF)包层中含有周期排布的微空气孔，具有无截止单模传输特性、高度灵活可控的色散特性、高非线性效应、优异的双折射特性，为级联孤子的产生提供了很大的设计自由度，是产生级联孤子的天然载体。

海洋生态系统中温度与盐度是海洋状态中最基本的参数，探索实时性、高灵敏检测技术一直是国内外科学家致力研究的方向。据报道当温度与盐度发生变化时，海水的折射率均会发生改变，如何解决海水温度与盐度带来的交叉灵敏问题随之产生。将海水填入PCF微空气孔中，当海水温度与盐度发生变化而引起折射率变化时，光纤传感器色散特性随之变化，进而光纤反常色散区光孤子中心波长移动。

发明内容

针对上述的问题，本发明的目的是提供一种同时测量海水温度与盐度的级联孤子自频移全光纤传感系统及方法，应用在近红外与中红外波段，实现海水温度与盐度同时测量。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种测量海水温盐的级联孤子自频移全光纤传感系统，包括：光纤激光器，光纤传感器，光谱仪，上位机；其中，光纤激光器与光纤传感器相连，光纤传感器与光谱仪相连，光谱仪与上位机相连；

所述光纤传感器为空气孔中填充有海水的碲酸盐光子晶体光纤传感器，该传感器由纤芯和所述纤芯外面以所述纤芯为圆心的包层组成；所述包层内设置有四层空气孔，从内到外依次为第一层、第二层、第三层及第四层，四层空气孔以纤芯为中心呈正六边形分布，其中，第一层、第二层及第三层空气孔的孔径相等，第四层空气孔孔径大于第一层、第二层及第三层空气孔的孔径；

所述光纤传感器的纤芯直径范围为1.32um～1.48um；纤芯外的包层的厚度范围为38.52um～48.68um，其中第一层、第二层及第三层空气孔的孔径范围均为1.5um～1.9um，第四层空气孔的孔径范围为2um～2.5um；所述第四层空气孔的孔内壁镀有一层温度敏感材料，该温度敏感材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，其厚度范围为0.5um～1um。

进一步的，所述光纤传感器的纤芯直径为1.4um；所述纤芯外的包层厚度为38.6um；其中第一层、第二层及第三层空气孔的孔径为1.7um，第四层空气孔的孔径为2um；所述第四层空气孔的孔内壁镀有的温度敏感材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)的厚度为1um。