[发明专利]基于飞秒激光刻写的温度和盐度光纤传感器及其使用方法

权利要求书

1.一种基于飞秒激光刻写的温度和盐度光纤传感器，其特征在于，包括：输入单模光纤，空芯光纤、输出单模光纤、波导；

所述输入单模光纤、空芯光纤和输出单模光纤通过熔接机依次对准熔接；

所述波导分为三段，其中第一段波导的起点设置在输入单模光纤纤芯上，距离输入单模光纤和空芯光纤熔接界面1000微米位置处，第一段波导与纤芯的夹角角度是2.29度，其终点在输入单模光纤和空芯光纤熔接界面停止；以第一段波导的终点作为第二段波导的起点，第二段波导的长度是100微米，以第二段波导的终点作为第三段波导的起点，第三段波导的终点为输出单模光纤纤芯上，终点距离输出单模光纤和空芯光纤熔接界面1000微米位置处。

2.根据权利要求1所述的一种基于飞秒激光刻写的温度和盐度光纤传感器，其特征在于，所述空芯光纤中心设置有矩形半开腔，所述矩形半开腔是利用飞秒激光微加工技术制备的，将空芯光纤的一半打通，保证了空芯光纤空气孔和外界的连通。

3.根据权利要求1所述的一种基于飞秒激光刻写的温度和盐度光纤传感器，其特征在于，所述单模光纤和空芯光纤的包层直写波导作为MZI的参考臂，半开腔路径作为MZI的传感臂，空芯光纤和两侧单模光纤的两个熔接界面作为FPI的两个反射端面，形成马赫-曾德尔干涉仪MZI和法布里-珀罗干涉仪FPI。

4.一种基于飞秒激光刻写的温度和盐度光纤传感器的使用方法，基于权利要求1所述的一种基于飞秒激光刻写的温度和盐度光纤传感器实现，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：用π型管对光纤传感器进行封装；

所述π型管包括端口1-端口4，光纤传感器从π型管的端口2进入，端口1传出，外界流体通过端口3和端口4流入和流出；

步骤2：将光纤传感器的输入单模光纤端通过环形器和超连续谱光源以及光谱仪1进行连接，输出单模光纤端直接和光谱仪2连接；

步骤3：根据马赫-曾德尔干涉仪和法布里-珀罗干涉仪的干涉原理，得到他们的干涉波谷、开腔内有效折射率和波导有效折射率的关系，如公式1所示；

其中n_e，n_w分别为开腔和波导内传输光的有效折射率；λ_MZ和λ_FP分别是MZI和FPI的干涉图谱的波谷波长，m为常数，L₁是波导起点到输入单模光纤和空芯光纤熔接界面的距离，L₂是空芯光纤长度，θ是波导的偏芯角度，n_co是光纤纤芯中传输光的有效折射率；

当开腔内的折射率发生变化时，马赫-曾德尔干涉仪和法布里-珀罗干涉仪的干涉光谱将发生偏移，从而可以实现对盐度和温度的监测；将封装后的结构放入到恒温箱上，通过向π型管注入不同盐度的海水，从而实现盐度的测量，通过改变恒温箱的温度，实现温度的测量；

同时监测两个光谱仪上的反射光谱和透射光谱，构建其敏感矩阵实现双参数的同时测量。