CN112762983A - 一种飞秒激光直写lfpg结合光纤mzi结构的双参数测试方法 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于: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。
应当理解,前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释,并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图,本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明,其中:
图1示意性示出了本发明电弧放电制备纤芯失配结构示意图;
图2示意性示出了本发明光纤纤芯失配结构透射光谱示意图;
图3示意性示出了本发明飞秒激光制备LPFG加工原理示意图;
图4示意性示出了本发明光纤传感器结构示意图;
图5示意性示出了本发明光纤传感器透射光谱示意图;
图6示意性示出了本发明光纤传感器温度-折射率传感测试***示意图;
图7示意性示出了本发明光纤传感器温度测试光谱示意图。
具体实施方式
通过参考示范性实施例,本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而,本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例;可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
在下文中,将参考附图描述本发明的实施例。在附图中,相同的附图标记代表相同或类似的部件,或者相同或类似的步骤。
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。电弧放电制备的纤芯失配型光纤MZI结构的方法步骤如下:将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,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,完成纤芯失配型光纤MZI结构制作。飞秒激光制备LPFG的方法如下:将纤芯失配型光纤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,采用直写方式在纤芯失配区域制备LPFG。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。
本文提供了一种飞秒激光直写LPFG结合光纤MZI结构的双参数测试方法,本方法通过电弧放电制备纤芯失配型光纤MZI结构,并在此光纤MZI结构上使用飞秒激光直写制备LPFG。
为达到上述所列目的,本发明采用的技术方案如下:
1、电弧放电制备纤芯失配结构
一种基于电弧放电制备的纤芯失配型光纤MZI结构如图1所示,其步骤为:首先,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,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,完成纤芯失配结构制作,如图1所示。纤芯失配型光纤MZI结构的透射光谱如图2所示。
2、飞秒激光制备LPFG
基于飞秒激光制备LPFG加工原理图如图3所示,具体步骤为:将前一步骤制备的纤芯失配型光纤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,采用直写方式在光纤MZI结构上制备LPFG,其结构如图4所示,传感器透射光谱如图5所示。
与现有技术相比,采用本发明所提供的技术方法制作的飞秒激光直写LPFG结合光纤MZI结构的双参数测试方法,采用全光纤式结构,可避免电磁干扰对检测结果的影响。本发明所提供的技术方法采用两种光纤元件,可以扩展传感参数,同时实现温度与折射率的测量。该传感器可靠性高,使用时只需将传感器所在部分置于待测环境中,另一端连接光谱仪即可完成测试***的实时双参数测量。
本发明涉及的飞秒激光直写LPFG结合光纤MZI结构的温度-折射率双参数测试***如图6所示。光纤传感器置于加热台表面,通过光纤环行器与光源、光谱分析仪相连。光源采用波段范围为1520-1610nm的ASE光源,光谱分析设备使用了Yokogawa公司生产的光谱分析仪,在本实验中进行反射光谱的采集;光纤环行器用于将该传感器的透射光谱输至光谱分析仪。光纤传感器置于加热台表面,用于改变该传感器温度高低;通过胶头滴管将待测液体滴于传感区域,用于进行折射率传感测试。
实验中的反射光谱如图7所示。当外界温度发生变化,透射光谱谱线会发生漂移,记录某特征峰在不同温度或折射率下对应的波长值即可实现对该双参数的高精度测量。
本发明的有益效果: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。
结合这里披露的本发明的说明和实践,本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的,本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。
Claims (5)
1.一种飞秒激光直写LFPG结合光纤MZI结构制备方法,其特征在于,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。
2.根据权利要求1所述的温度钙离子浓度双参数传感器的制备方法,其特征在于,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。
3.一种飞秒激光直写LFPG结合光纤MZI结构的双参数测试方法,其特征在于,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。
4.根据权利要求3所述的测量方法,其特征在于,当外界温度发生变化,透射光谱谱线会发生漂移。
5.根据权利要求3所述的测量方法,其特征在于,所述光源采用波段范围为1520-1610nm的ASE光源。
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