[发明专利]一种基于硫系玻璃材料的温度传感装置及其搭建方法

摘要

本发明公开了一种基于硫系玻璃材料的温度传感装置及其搭建方法，该温度传感装置包括宽带光源、第一光谱分析仪和硫系玻璃材料制成的长周期光纤光栅，长周期光纤光栅的两端分别与宽带光源和第一光谱分析仪相连，长周期光纤光栅由单模硫系玻璃材料光纤经熔融拉锥为锥形硫系光纤并在锥形硫系光纤上经飞秒激光脉冲写入长周期光栅得到。本发明基于硫系玻璃材料的温度传感装置的温度灵敏度可达2.97186 nm/℃，显著高于传统石英长周期光纤光栅传感器的0.04‑0.1 nm/℃的温度灵敏度，更适用于高灵敏度温度传感测量，在高灵敏度的传感领域具有广泛的应用前景。

主权项

1.一种基于硫系玻璃材料的温度传感装置，其特征在于包括宽带光源、第一光谱分析仪和硫系玻璃材料制成的长周期光纤光栅，所述的长周期光纤光栅的两端分别与所述的宽带光源和所述的第一光谱分析仪相连，所述的长周期光纤光栅由单模硫系玻璃材料光纤经熔融拉锥为锥形硫系光纤并在锥形硫系光纤上经飞秒激光脉冲写入长周期光栅得到，该温度传感装置的搭建方法包括以下步骤：/n(1)锥形硫系光纤的拉制/n采用熔融拉锥方法，对单模硫系玻璃材料光纤加热，加热温度为硫系玻璃材料的软化温度以上30～80℃，将单模硫系玻璃材料光纤拉制为锥形硫系光纤；/n(2)长周期光栅的刻写/n搭建一飞秒激光直写系统，该飞秒激光直写系统包括飞秒激光器、半波片、格兰棱镜、衰减片、电子快门、功率计、第一分束镜、CCD、透镜、双色镜、CCD照明光源、第二分束镜、聚焦物镜、精密移动平台、卤钨灯、第二光谱分析仪和计算机，依次在光学平台上搭建所述的飞秒激光器、半波片、格兰棱镜、衰减片、电子快门、第一分束镜、双色镜、第二分束镜、聚焦物镜和精密移动平台，所述的精密移动平台上放置有光纤夹具，所述的计算机分别与所述的电子快门和所述的精密移动平台相连，所述的精密移动平台的移动由所述的计算机控制，同时将所述的功率计与所述的第一分束镜连接，将所述的双色镜与所述的透镜和CCD依次连接，将所述的第二分束镜与所述的CCD照明光源连接，再将步骤(1)中拉制得到的锥形硫系光纤固定在所述的光纤夹具上，然后将锥形硫系光纤的一端先后经第三裸纤适配器和第三法兰盘与所述的卤钨灯连接，再将锥形硫系光纤的另一端先后经第四裸纤适配器和第四法兰盘与所述的第二光谱分析仪连接；/n飞秒激光直写系统搭建完成后，开启飞秒激光器，飞秒激光器发出的飞秒激光脉冲经半波片、格兰棱镜和衰减片调整强度后，由电子快门曝光，再经第一分束镜后到达双色镜被反射，反射的激光脉冲经第二分束镜后进入聚焦物镜，并聚焦于锥形硫系光纤，在锥形硫系光纤上曝光刻写光纤光栅，刻写的同时，通过计算机控制精密移动平台，使精密移动平台缓慢平移，并以卤钨灯和第二光谱分析仪作为在线实时监控系统，观察所刻写的光纤光栅的透射谱的变化情况，根据第二光谱分析仪记录到的透过光谱及时调整飞秒激光器的激光参数和电子快门的曝光时间，最终刻写得到硫系玻璃材料制成的长周期光纤光栅；/n(3)长周期光纤光栅的温度特性曲线的建立/n测量不同温度下的长周期光纤光栅的透过谱的变化，建立波长-透过谱曲线；/n测量不同温度下的长周期光纤光栅的谐振波长，建立长周期光纤光栅的温度-谐振波长曲线；/n(4)温度传感装置的搭建/n将刻写得到的长周期光纤光栅的一端与所述的宽带光源连接，另一端与所述的第一光谱分析仪连接，即搭建得到基于硫系玻璃材料的温度传感装置，该温度传感装置用于环境温度的检测时，将待测温度区的温度变化转化为长周期光纤光栅谐振中心波长的变化，通过比对波长-透过谱曲线和温度-谐振波长曲线即可检测得到环境温度的大小。/n