[发明专利]一种光子晶体光纤温度传感器及其测量方法

说明书

本发明提供一种光子晶体光纤温度传感器及其测量方法，宽谱光源发出的光经3dB耦合器分为两束相干光，在光子晶体光纤中沿着相反的光路传输后，经过相干叠加进入光谱分析仪，得出输出光谱，再根据透射谱的共振峰峰值位置随温度的移动变化关系得出温度传感器的灵敏度。本发明采用光子晶体光纤，其具有无限截至单模传输特性、色散特性、大模场面积、高非线性和双折射特性等优越特性。在纤芯中掺入乙醇液体，提高温度传感灵敏度，在较小的传感长度下即能达到较好的温度传感效果，易于集成化与微型化。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种光子晶体光纤温度传感器及其测量方法。

背景技术

光纤温度传感器因体积小、测量精度高、不受电磁干扰等优点而受到广泛关注，但其结构单一、双折射和热敏系数较低，限制了温度灵敏度的进一步提高。光纤温度传感器分为分布式，干涉型和光纤光栅温度传感器。由光源、敏感元件、光探测器、信号处理系统等部分组成。其基本原理是：

(1)光源入射的光进入调制区。

(2)光在通过调制区的光纤时与外界被测参数相互作用，使入射光的某些光学性质(如强度、波长、频率、相位、偏正态等)发生变化而成为被调制的信号光。

(3)被调制的信号光出射进入光探测器、解调器而获得被测参数，从而得出温度的变化情况。

上述传统技缺点是：

1.光纤物理特性随温度变化小，其温度灵敏度较低。

2.存在结构单一、双折射和热敏系数较低、保偏性能差等问题，影响温度测量。

导致原因：

1.普通光纤材料与结构的单一性，导致光纤中传输光的强度、波长、相位或偏振态等待测物理量随温度的变化量较小；

2.对于传统光纤由掺杂纤芯和纯石英包层组成，较难通过改善光纤结构提升传感性能。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种光子晶体光纤温度传感器及其测量方法，目的在于：

采用光子晶体光纤(Photonic crystal fiber；PCF)作为传感材料，解决如下问题：

(1)采用光子晶体光纤作为结构单元，通过灵活设计包层结构可实现结构多元化，解决传统光纤结构单一问题；通过破坏包层结构对称性有效提高PCF的高双折射率和热敏系数。

(2)通过优化设计新型PCF结构，并在填充纤芯周围的一个大椭圆空气孔33中选择性填充乙醇温敏性材料，可实现高灵敏度﹑更宽范围的温度传感。

具体的技术方案为：

光子晶体光纤温度传感器，包括宽谱光源，所述的宽谱光源连接3dB耦合器，3dB耦合器还分别连接光子晶体光纤和光谱分析仪。

光子晶体光纤内纵向分布空气孔，空气孔包括圆空气孔、大椭圆空气孔、小椭圆空气孔，空气孔外填充石英；

在横截面上，空气孔分为上下对称两部分，中间通过一排小椭圆空气孔隔离开；

圆空气孔按照三角阵列排布；

在光纤中心处，靠近小椭圆空气孔两侧的一排的空气孔中各设有一个大椭圆空气孔；

在光纤中心处周围至少有一个空气孔内填充有乙醇液体。

在纤芯附近的一个大椭圆空气孔中填充乙醇液体，或者在纤芯附近的两个大椭圆空气孔中填充乙醇液体，或者在纤芯附近的两个小椭圆空气孔中填充乙醇液体，或者在纤芯附近的两大椭圆空气孔、四个圆空气孔一共六个空气孔中填充乙醇液体。