[发明专利]一种基于周期纤芯偏移超长周期光纤光栅的制作方法

说明书

本发明属于光纤器件设计制作领域，涉及一种基于周期纤芯偏移超长周期光纤光栅的制作方法。本发明通过搭建光栅制作平台，采用超连续谱光源作为输入光源，利用半自动光纤加工平台进行光栅制作并进行透射光谱的实时监测，分析各结构参数对透射特性的影响，制作出具有识别方向性且可以实现较大弯曲范围的超长周期光纤光栅。在0‑7.041m^‑1的曲率范围内，0°、90°、180°、270°方向的弯曲波长灵敏度分别为‑1.830nm/m^‑1、‑0.583nm/m^‑1、‑1.674nm/m^‑1、‑0.479nm/m^‑1，幅值灵敏度分别为‑1.633dB/m^‑1、‑1.314dB/m^‑1、‑1.833dB/m^‑1、‑1.478dB/m^‑1，具有较高的弯曲灵敏度，且可以有效识别方向，对于矢量弯曲测量具有重要价值，克服了传统光纤器件设计制作重复性低且操作复杂的局限性。

技术领域

本发明属于光纤传感领域，涉及一种基于周期纤芯偏移超长周期光纤光栅的制作方法。

背景技术

光纤光栅是近几十年发展最为迅速的光纤无源器件之一，随着信息化时代的飞速发展，传感器的应用显得尤为重要。光纤及其光纤传感器的出现为工业发展提供新动力的同时，也推动了信息通信领域的发展速度。其中，光纤光栅传感器的出现引起了研究人员极大的兴趣，光纤光栅是借助一定方法使光纤发生周期性折射率调制而形成的一种光纤结构，具有体积小，回波损耗小、质量轻、制作简单、结构灵活多变等优点。在近几年的发展中，光纤光栅多用于温度、应变、折射率、弯曲等传感参数的测量，同时在光纤放大器、波分复用器、光纤色散补偿等通信领域也应用非常广泛在光纤光栅传感器中。W.Bao等人研究了一种包含偏芯定位的光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)的凹陷包层光纤，其弯曲灵敏度可以达到-124.17dB/mm^-1，特殊定位的FBG具有对称的几何形状，因此在识别弯曲方向上有一定的依赖性。S.Wang等人制作了一种基于三芯光纤的二维弯曲传感器，上面刻有两种不同的长周期光栅(Long Period Grating，LPG)，最大弯曲灵敏度为3.324nm/m^-1。然而，光纤光栅的器件制造很复杂，需要昂贵的高功率激光器，如紫外、飞秒和CO₂激光器等方法，光纤的结构通常容易受到外部环境变化的影响。同时，一些基于定向耦合器的弯曲传感器已经被研制出。JR Guzman-Sepulveda等人研究了双芯光纤 (Two-Core Fiber，TCF)设计用作定向耦合器，对于从0-0.2653m^-1的小曲率范围内具有-137.8763nm/m^-1的弯曲灵敏度，耦合参数随着弯曲曲率的变化而改变，光谱也相应改变，虽然灵敏度很高，但需要一根相对较长的光纤(～20cm)，这限制了的实际应用。此外，根据波导耦合机制，需要光纤之间的精确对准以实现完美的相位匹配。近年来，由于制造简单和组装灵活的优势，模态干涉仪作为替代品引起了很多关注。S.Zhang等人发明了一种基于MZI的矢量弯曲传感器，它是由熔接方法组成的双锥形光子晶体光纤结构，由于双核的不对称性，可以区分两个相反的弯曲方向，最大弯曲灵敏度为18.29nm/m^-1和-18.13nm /m^-1，但光子晶体光纤价格昂贵且不具有普遍适用性，且偏移结构只能识别正负方向，通常很脆弱。H.Gong等人提出了一种基于空芯光子晶体光纤干涉仪的曲率传感器，在0-9.9m^-1的大范围内具有0.232nm/m^-1的弯曲灵敏度，但该结构表现出相对较低的弯曲灵敏度。