CN100516782C - 基于空芯光子晶体光纤的法-珀干涉传感器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于空芯光子晶体光纤的非本征型光纤法-珀干涉传感器，该传感器由两根普通通信单模光纤(2-2)和一根空芯光子晶体光纤(2-3)构成，空芯光子晶体光纤(2-3)的两端分别与两根普通通信单模光纤(2-2)的一端熔接连接，此外，在其中一根普通通信单模光纤(2-2)熔接端的端面镀有直径约为20μm-30μm的Ti2O3膜。本发明还公开了该传感器的制作方法。本发明的有益技术效果是：(1)本发明所提供的EFPI传感器温度系数比较小，并可以在高达600℃的温度下正常工作；(2)当该法-珀传感器的腔长延长到数厘米时(传统法-珀传感器腔长在数百微米至毫米量级)，其条纹对比度仍然比较高，这就为在大容量、准分布式传感系统中应用奠定了基础。
Description
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及到基于空芯光子晶体光纤的非本征型光纤法-珀(EFPI)干涉传感器及其制作方法。
背景技术
光纤传感器由于具有结构简单、分辨率高、精度高、体积小、测量范围广、不怕电磁干扰等优点，近几年得到了国内外学者的广泛关注，已被大量应用于复合材料、军民用大型建筑结构、宇航飞行器、飞机等的结构状态监测，以实现所谓的智能结构。EFPI干涉传感器是光纤传感器的重要一类，它具有光纤传感器的所有优点，但在实际应用过程中，存在的一些问题影响了它的进一步广泛应用：(1).传统EFPI的测量会受温度变化的影响，这将导致传感器被测参量之间的交叉影响，从而影响测量精度；(2).传统EFPI腔长不能太长，太长的腔长会严重影响干涉条纹的对比度，不利于传感信号的提取，这就会极大地影响EFPI的大规模复用。如何克服传统EFPI存在的这两个弱点，就成了目前学者研究开发的重点。
发明内容
本发明提供了一种新型的非本征型光纤法-珀干涉传感器及其制作方法。该传感器由两根普通通信单模光纤2-2和一根空芯光子晶体光纤2-3构成，空芯光子晶体光纤2-3的两端分别与两根普通通信单模光纤2-2的一端熔接连接。
在其中一根普通通信单模光纤2-2熔接端的端面镀有反射膜，反射膜分布于普通通信单模光纤2-2的纤芯及周围20μm-30μm范围内，反射膜使用Ti2O3膜。
这种新型的非本征型光纤法-珀干涉传感器的制作方法，包括以下步骤：1)用光纤切割刀切割两根普通通信单模光纤，保护好切割端面；2)切割好一段空芯光子晶体光纤的一个端面，并用普通光纤熔接机将一根普通通信单模光纤和空芯光子晶体光纤已切割好端面的一端进行熔接；3)利用光纤切割刀切去多余的空芯光子晶体光纤，保留设计腔体长度的光纤长度；4)将空芯光子晶体光纤未熔接一端与准备好的另一根普通通信单膜光纤熔接，从而形成了一个完整的温度不敏感的EFPI干涉传感器。
为提高EFPI传感器的信号强度，在步骤3)和步骤4)之间增加以下步骤：将另一根普通通信单模光纤端面的纤芯及周围20μm-30μm范围内镀上Ti2O3膜。
本发明的有益技术效果是：本发明所提供的EFPI传感器温度变化系数比较小，并可以在高达600℃的温度下正常工作；特别的是，当该法-珀传感器的腔长延长至数厘米时，其条纹对比度仍然比较高，这就为在大容量、准分布式传感系统中应用奠定了基础。
附图说明
图1是用于制作新型EFPI干涉腔的光子晶体光纤的横截面照片；
图2是新型EFPI传感器的结构图；
图3为未镀Ti2O3膜时新型EFPI传感器的反射谱；
图4为镀有Ti2O3膜时新型EFPI传感器的反射谱；
图5是新型EFPI传感器与应变计测出的应变对比图；
图6是新型EFPI传感器的温度响应特性。
附图中，2-1是信号入射光，2-2是普通通信单模光纤，2-3是空芯PCF光纤，2-4是Ti2O3膜，2-5是光纤之间的熔接点，2-6是干涉腔PCF光纤的长度。
具体实施方式
参见图2，新型EFPI干涉传感器，该传感器由两根普通通信单模光纤2-2和一根空芯PCF光纤2-3构成，空芯PCF光纤2-3的两端分别与两根普通通信单模光纤2-2的一端熔接连接。空芯PCF光纤2-3形成传感器的法-珀干涉腔体，与空芯PCF光纤2-3熔接处的普通通信单模光纤2-2的端面分别形成法-珀腔的两个反射面。
为了进一步提高EFPI传感器的信号强度，在右端普通通信单模光纤2-2熔接端的端面镀有Ti2O3膜或其它反射膜。为了保证镀膜后熔接点的机械强度，Ti2O3膜或其它反射膜可以只镀在普通通信单模光纤2-2的纤芯及周围20μm-30μm范围内。
图3是干涉腔长度为2.1mm，两根普通通信单模光纤2-2的端面没有作任何处理，制作出的EFPI传感器的反射谱，从图中可见其干涉条纹的对比度比较低，只有3dB左右。图4为镀有Ti2O3膜后，相同腔长EFPI传感器的反射谱图，从图中可见其干涉条纹对比度比未镀膜时提高了约5倍。
这种新型EFPI干涉传感器的制作方法，包括以下步骤：1)用光纤切割刀切割两根普通通信单模光纤，保护好切割端面；2)切割好一段空芯PCF光纤的一个端面(在保证光纤单模传输的情况下，纤芯直径越大越好)，并用普通光纤熔接机将一根普通通信单模光纤和空芯PCF光纤已切割好端面的一端进行熔接；3)利用光纤切割刀切去多余的空芯PCF光纤，保留设计腔体长度的光纤长度，保留腔体长度在1mm以上时可以直接切割，在1mm以下时可以在显微镜下切割，切割保留的最小尺寸可达100μm；4)将空芯PCF光纤未熔接一端与准备好的另一根普通通信单膜光纤熔接，从而形成了一个完整的温度不敏感的EFPI干涉传感器。在进行熔接时，降低光纤熔接机的放电能量，延长放电时间，可以降低熔接损耗。为了提高EFPI传感器的信号强度，在将空芯PCF光纤与第二根普通通信单模光纤熔接之前，在该普通通信单模光纤需熔接一端的端面的纤芯及周围20μm-30μm范围内镀上Ti2O3膜。
利用本发明方法制作EFPI传感器，由于整个制作过程只有光纤切割和光纤熔接过程，没有引入任何化学过程，PCF光纤材料只有一种，温度变化时不会引起材料热膨胀系数之间的失配。因此这种传感器几乎不受温度变化的影响，并可以在高达600℃的温度下正常工作。另外，这种传感器的干涉腔体就是空芯PCF的纤芯，干涉过程的损耗只有光纤的传输损耗，它的干涉腔体可长至数厘米。因此，这类传感器将在大容量、准分布式传感系统中具有极大的应用潜力。
具体实验中所使用的光纤分别是康宁公司生产的SMF-28普通通信单模光纤和Blaze Photonics公司生产的HC-1500-02空芯PCF光纤，纤芯直径为10.9μm。制作出的EFPI传感器腔长为2.1mm。该传感器封装后埋入或表面粘附于被测物，受到应变作用时，PCF光纤构成的Fizeau腔的长度将发生变化。用光谱仪接收到EFPI的干涉谱后，通过Pisarenko正弦波恢复的解调方法(其它解调方法如DGT、FFT等都可以)，可解调出EFPI传感器所受的应变大小。为了将EFPI的实际应变与测量应变进行比较，实验中，我们采用电应变计作为参考对象，两个传感器测量的应变对比如图5所示。可见两者的线性度非常好，可达99.35％。理论分析和实验结果表明，这种EFPI传感器的应变分辨率可达±10με。
图6为新型EFPI传感器在-20℃～100℃的温度变化范围内的腔长变化曲线，从图中可见在100℃的温度范围内，其腔长变化只有约0.2μm，而普通EFPI传感器在100℃的范围内其腔长变化就可达数微米。其原因在于这种新型EFPI传感器的整个制作过程只有光纤切割和光纤熔接，没有引入任何化学过程，PCF光纤材料又单一，温度变化时不会引起材料热膨胀系数之间的失配，因此这种传感器几乎不受温度变化的影响，这与实验研究非常吻合。我们将这种结构的EFPI置于高温炉中，实验表明，这种类型的EFPI可在高达600℃的环境下正常工作，这是由PCF光纤本身的单一性材料特性决定的。
对于用空芯PCF光纤作干涉腔体的EFPI传感器，由于干涉腔的损耗主要取决于PCF光纤的传输损耗，在进一步降低普通通信单模光纤与空芯PCF光纤的熔接损耗的前提下，其干涉腔长度可以长至数厘米。在前面的实验中，我们将镀反射膜和没有镀反射膜的两种EFPI传感器分别延长PCF光纤的长度至1cm和2cm，其干涉谱的对比度相比2.1mm变化不大。因此这种类型的传感器其反射信号的条纹对比度和干涉强度主要取决于两个熔接点的熔接损耗和两个反射面的反射率大小，在干涉腔体不是很长的情况下，其干涉腔长对它的影响反而比较小，这跟普通EFPI传感器存在极大的区别。正是这种区别使得新型EFPI传感器可应用于大容量、准分布式传感系统中。
Claims (6)
1、一种基于空芯光子晶体光纤的法-珀干涉传感器，其特征在于：该传感器由两根普通通信单模光纤(2-2)和一根空芯光子晶体光纤(2-3)构成，空芯光子晶体光纤(2-3)的两端分别与两根普通通信单模光纤(2-2)的一端熔接连接。
2、根据权利要求1所述的基于空芯光子晶体光纤的法-珀干涉传感器，其特征在于：在其中一根普通通信单模光纤(2-2)熔接端的端面镀有反射膜。
3、根据权利要求2所述的基于空芯光子晶体光纤的法-珀干涉传感器，其特征在于：反射膜分布于普通通信单模光纤(2-2)的纤芯及周围20μm-30μm范围内。
4、根据权利要求2或3所述的基于空芯光子晶体光纤的法-珀干涉传感器，其特征在于：所述的反射膜为Ti2O3膜。
5、一种基于空芯光子晶体光纤的法-珀干涉传感器的制作方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：1)用光纤切割刀切割两根普通通信单模光纤，保护好切割端面；2)切割好一段空芯光子晶体光纤的一个端面，并用普通光纤熔接机将一根普通通信单模光纤和空芯光子晶体光纤已切割好端面的一端进行熔接；3)利用光纤切割刀切去多余的空芯光子晶体光纤，保留设计腔体长度的光纤长度；4)将空芯光子晶体光纤未熔接一端与准备好的另一根普通通信单模光纤熔接，从而形成了一个完整的温度不敏感的非本征型光纤法-珀干涉传感器。
6、根据权利要求5所述的基于空芯光子晶体光纤的法-珀干涉传感器的制作方法，其特征在于：在步骤3)和步骤4)之间增加以下步骤：将另一根普通通信单模光纤端面的纤芯及周围20μm-30μm范围内镀上Ti2O3膜。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN102374874A (zh) * | 2011-09-20 | 2012-03-14 | 重庆大学 | 内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器及制作方法 |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101424696B (zh) * | 2008-12-05 | 2010-06-02 | 重庆大学 | 全光纤温度自补偿微型f-p加速度传感器及制作方法 |
| CN101788700B (zh) * | 2010-01-09 | 2012-12-12 | 江苏南方通信科技有限公司 | 非本征型法布里-珀罗传感器的制作方法 |
| CN101852888A (zh) * | 2010-05-11 | 2010-10-06 | 电子科技大学 | 一种基于lb膜的微芯光纤气体传感器及其制备方法 |
| CN101900576B (zh) * | 2010-07-08 | 2011-07-20 | 北京交通大学 | 一种光纤光栅Fabry-Perot传感器的制作方法 |
| CN102261924B (zh) * | 2011-04-26 | 2013-02-27 | 南京信息工程大学 | 一种基于实芯光子晶体光纤的法布里-珀罗干涉传感器及其制作方法 |
| CN102262062B (zh) * | 2011-04-26 | 2012-11-14 | 浙江大学 | 一种微结构光纤布拉格光栅气体传感器及其检测装置 |
| CN103033200B (zh) * | 2011-09-30 | 2016-03-16 | 中国海洋石油总公司 | 一种光纤法-珀传感器和一种法-珀腔的形成方法 |
| CN103196474B (zh) * | 2013-04-17 | 2015-08-05 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 一种光纤珐珀传感器制作方法及由其构成的检测装置 |
| CN103353634B (zh) * | 2013-05-28 | 2015-08-12 | 南京航空航天大学 | 一种光子晶体光纤与单模光纤的精确对准方法 |
| CN105891155B (zh) * | 2016-04-08 | 2019-05-07 | 山东大学 | 一种基于珐珀干涉的免标记光纤生物传感探针 |
| CN105865614B (zh) * | 2016-06-14 | 2018-11-02 | 中北大学 | 一种新型光纤珐珀超声水听器及其制作方法 |
| CN112197893B (zh) * | 2017-11-13 | 2022-05-17 | 中北大学 | 测量力学参数的光纤法珀传感器及其制造方法 |
| CN109827676B (zh) * | 2017-11-23 | 2021-06-08 | 桂林电子科技大学 | 单模异质光纤级联的应变阵列传感器 |
| CN108332654B (zh) * | 2018-01-25 | 2019-06-28 | 东北大学 | 一种腔长可控的微型光纤法布里-铂罗干涉仪制作方法 |
| CN109655159B (zh) * | 2019-01-21 | 2021-03-02 | 哈尔滨理工大学 | 基于Al2O3/ZnO的光纤紫外传感器及其制作方法 |
| CN109633810A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-04-16 | 武汉理工大学 | 一种用于振动测量的光子晶体光纤及光纤振动传感器 |
| CN109683113A (zh) * | 2019-01-28 | 2019-04-26 | 苏州德睿电力科技有限公司 | 一种光纤f-p腔磁场传感器及其制备方法 |
| CN110595515B (zh) * | 2019-09-17 | 2020-07-24 | 华中科技大学 | 一种基于保偏光纤及fp腔的双参量光纤传感器 |
| CN110987228A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-04-10 | 厦门大学 | 由纯石英材料构成的高灵敏度光纤高温传感器及制备方法 |
| CN111963872B (zh) * | 2020-07-08 | 2022-08-02 | 北京市燃气集团有限责任公司 | 一种光纤传感器在燃气管道上的布置结构和布置方法 |
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Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| 干涉型光纤应变传感技术的发展与应用. 孟庆尧，赵勇，郑明.光电子技术，第25卷,卷第3期. 2005 |
| 白光干涉型EFPI光纤应变传感器理论模型的研究. 江绍基，曾斌，汪河洲，蔡志岗，李宝军.传感技术学报，第18卷，卷第1期. 2005 |
| 白光干涉型EFPI光纤应变传感器理论模型的研究. 江绍基，曾斌，汪河洲，蔡志岗，李宝军.传感技术学报，第18卷第1期. 2005 * |
| 空芯光子晶体光纤研究进展. 乔延波，达宁，杨旅云，彭明营，周秦岭，邱建荣，陈丹平.激光与光电子进展，第43卷，卷第61期. 2006 |
| 非本征型法布里-珀罗干涉仪光纤布拉格光栅应变温度传感器及其应用. 饶云江，曾祥楷，王义平，朱涛，冉曾令，袁慎芳，梁大开.光学学报，第22卷，卷第1期. 2002 |
| 非本征型法布里-珀罗干涉仪光纤布拉格光栅应变温度传感器及其应用. 饶云江，曾祥楷，王义平，朱涛，冉曾令，袁慎芳，梁大开.光学学报，第22卷第1期. 2002 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102374874A (zh) * | 2011-09-20 | 2012-03-14 | 重庆大学 | 内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器及制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101055196A (zh) | 2007-10-17 |
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