[发明专利]一种飞秒激光直写LFPG结合光纤MZI结构的双参数测试方法

说明书

本发明本发明涉及飞秒激光直写长周期光纤光栅(Long Period Fiber Grating,LPFG)结合光纤马赫曾德干涉仪(Mach‑Zehnder Interferometer,MZI)结构的双参数测试方法。该传感器主要由电弧放电制备的纤芯失配型光纤MZI结构和飞秒激光直写制备的LPFG组成，可实现温度和折射率的同时测量。采用本发明提供的技术方案制作的飞秒激光直写LPFG结合光纤MZI为全光纤结构，可避免电磁干扰，耐高温，可实现温度和折射率的同时测量。同时，其结构及制作工艺简单，可靠性好、灵敏度高。

技术领域

本发明属于光纤传感器件领域，特别涉及一种飞秒激光直写LFPG结合光纤MZI结构的双参数测试方法。

背景技术

光纤传感器具有诸多优良特性，可实现复杂环境下的测量工作具有非常广泛的应用价值。它具有抗电磁干扰、抗辐射、灵敏度高、重量轻、绝缘防爆、耐腐蚀等特点，且光纤尺寸微小，具有良好的光传输性能。长周期光纤光栅(Long Period Fiber Grating,LPFG)是常见的传感器件，具有结构简单、体积小、动态范围大、灵敏度高等优势，在航空航天、桥梁水利、周界安防、生物医学等重要领域中受到广泛关注。

然而，如何改变传统光纤LPFG传感器单点检测的局限性、扩展检测对象范围，是光纤传感器的发展方向。通过电弧放电制备纤芯失配型光纤MZI结构，纤芯传播的光和包层传播的光之间存在光程差而产生干涉。随着外界溶液折射率的增加，包层模的有效折射率将增加，而纤芯模的有效折射率不变，导致原干涉谱产生漂移。通过飞秒激光直写LPFG结合光纤MZI结构干涉谱的变化，即可实现外界溶液折射率的传感。采用电弧放电制备纤芯失配型光纤MZI结构，并在纤芯失配结构上使用飞秒激光直写制备LPFG，将两种光纤结构结合进行测量，避免多参数测量时的交叉干扰，实现温度和折射率的双参数测量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种飞秒激光直写LFPG结合光纤MZI结构的双参数测试方法，提供的技术方案制作的飞秒激光直写LPFG结合光纤MZI为全光纤结构，可避免电磁干扰，耐高温，可实现温度和折射率的同时测量。同时，其结构及制作工艺简单，可靠性好、灵敏度高，增加装置的适用性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种飞秒激光直写LFPG结合光纤MZI结构制备方法，所述方法包括以下步骤：

(a)制备纤芯失配型光纤MZI结构，步骤a1、将两段SMF-28单模光纤端面去除涂覆层，经酒精擦拭后切平，置于熔接机内，采用纤芯对准方式，将光纤两端纤芯错位熔接后取出；步骤a2、一定长度后再次去除涂覆层并擦拭切平，置于熔接机内，再次错位熔接，得到纤芯失配型光纤MZI结构；

(b)飞秒激光制备长周期光纤光栅，步骤b1、将所述纤芯失配型光纤MZI结构置于三维移动平台上，保证视野清晰，将飞秒激光光斑聚焦至纤芯；步骤b2、采用直写方式在所述纤芯失配型光纤MZI结构上制备长周期光纤光栅，得到光纤传感器。

优选的，所述单模光纤型号为SFM-28的普通单模光纤，包层直径125um，纤芯直径9um。

一种飞秒激光直写LFPG结合光纤MZI结构的双参数测试方法，所述方法具体包括以下步骤：步骤301、将飞秒激光直写LFPG结合光纤MZI结构置于加热台表面，通过光纤环行器与光源、光谱分析仪相连；步骤302、通过改变所述加热台温度改变所述飞秒激光直写LFPG结合光纤MZI结构温度；步骤303、通过胶头滴管将待测液体滴于所述飞秒激光直写LFPG结合光纤MZI结构表面，用于进行折射率传感测试；步骤304、所述光纤环行器将所述飞秒激光直写LFPG结合光纤MZI结构的透射光谱输至所述光谱分析仪进行反射光谱采集。

优选地，当外界温度发生变化，透射光谱谱线会发生漂移。

优选的，所述光源采用波段范围为1520-1610nm的ASE光源。