CN101832792A - 一种光波导传感器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高温光波导传感器件及其制作方法，一种光波导传感器，包括如下结构：光波导基片介质由耐高温光学材料构成，在光波导基片上有线状光波导，线状光波导中有光栅结构，还公开了这种结构的几种制作方法；另一种光波导传感器，包括如下结构：光波导基片介质由耐高温光学材料构成，在光波导基片上有线状光波导，光波导基片的表面还设置有光栅结构，还公开了这种结构的几种制作方法，由于光波导器件是单模的，或只有少数几个模的结构，位于光波导通道上的光栅只有一个谐波模，或只有少数几个模，当环境温度变化时光波导材料的折射率以及光波导光栅的周期也会发生变化，通过测量通过光波导基片上的光波导通道中的光栅的谐波波长的变化，可以测量出温度的变化，由于采用了激光技术和微电子生产工艺，可以在一片基片上同时生产出许多个光波导光栅传感器件，生产成本低，效率高。

Description

一种光波导传感器及其制作方法

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，更具体地说，涉及一种光波导传感器及其制作方法。

背景技术

布拉格光纤光栅是一种很好的测量温度、应力等物理量的传感器。当温度、应力等物理量发生变化时，光纤中的光栅对光学频率的响应也发生了变化，通过测量光纤光栅的光学频率的响应变化，可以测量出温度、应力等物理量的变化量。光纤光栅传感器具有很好的特点，如可以分布式、灵敏度很高、可以抗电磁干扰、可以在恶劣的环境下工作等。

常规的光纤光栅生产方法是用紫外光，用两束光干涉的方法或是一束光通过相位掩模板产生两束光在紫外光敏感的光纤芯径上形成光栅。光纤光栅的光学频率响应，也叫做布拉格频率，是取决于光纤芯径上的光栅的周期以及光纤芯径的有效折射率。用两束光干涉的方法形成光纤光栅是由美国的GLENN等人在美国专利中提出的，美国专利号为4,807,950。用相位掩模板米形成光纤光栅的方法是由加拿大的Hil1等人在美国专利中提出的，美国专利号为5,367,588。

用紫外光生产光纤光栅有一些缺点，如在高温下光纤光栅容易消失，原因是光纤芯径中的折射率的调制，或叫做光栅会在高温下消除掉。为了解决这个问题，Askins等人在公开的美国专利中提出采用脉冲式紫外光来形成光纤光栅(美国专利号5,400,422)，达到在光纤的芯径上形成永久性的光致折射率变化，使光纤光栅在高温下也不容易消失。

事实上在短的高强度紫外光脉冲下，光纤芯径材料会被破坏性的变化，这种光纤光栅只有在温度达到使光纤材料玻璃转化温度时才会消失，但这种方法也有个缺点，即光纤的强度比较低，因为光纤芯径材料折射率的变化是破坏性的变化。

蓝宝石是一种耐高温材料，蓝宝石的玻璃化的温度达2000度以上，所以有人采用蓝宝石光纤做高温光纤传感器，但是由于技术的原因，目前世界上还不能生产单模蓝宝石光纤，只能生产多模蓝宝石光纤，最细的多模蓝宝石光纤芯径为50微米。不像常规的石英玻璃光纤，多模蓝宝石光纤没有包层和涂覆层；多模蓝宝石光纤不能像常规的光纤传感器用光纤光栅一样，在单模下运行。美国的Murphy等人在多模蓝宝石光纤的端面上制作法布里进(F-P)标准具作为高温传感器(美国专利号5,381,229)，因为这种蓝宝石光纤传感器必须使用宽带光源，所以很难应用波分复用，或时分复用技术，所以这种蓝宝石光纤传感器不能用于分布式传感器阵列。

加拿大的Mihailov等人于提出了使用飞秒激光器在多模蓝宝石光纤上或在锆基材料波导上制作布拉格光栅结构(美国专利号7,379643)。为了解决多模蓝宝石光纤上制作布拉格光栅所产生的多个峰值而不容易分辨的问题，Mihailov等人于提出了使用锥度单模光纤与多模蓝宝石光纤相连接，由于锥度单模光纤的波数V值小于1，可以从多模蓝宝石光纤中只产生一个谐波模，但这种方法仍然工作在多模光纤的原理上，而且实现起来比较麻烦。

美国通用电气公司的McCarthy等人提出用微电子工艺如光刻和离子刻蚀方法在光纤上制作变周期微结构光栅，用于同时测量温度、应力、气体的物理参数(美国专利号7,421162)，在该专利中，他们也提出用紫外光逐点法或金刚石刀在光纤上制作变周期光栅用于可同时测量多参数的光纤传感器；在该专利中，他们也提出制作变周期蓝宝石光纤光栅作为传感器件同时测量高温发电机，发动机内部的多个物理参数，由于目前的技术不能生产单模蓝宝石光纤，该专利也同样会遇到多模蓝宝石光纤上制作布拉格光栅所产生的多个峰值而不容易分辨的问题。

加拿大的Dai等人于提出了使用飞秒激光器在石英玻璃材料，或其他材料包括蓝宝石材料波导上制作布拉格光栅结构(美国专利号7,567734)，他们提出使用包层模和布拉格谐波模来同时测量两种不同的物理参数如温度和应力，或温度和折射率等，实现波导必须使导波的芯径与衬底材料的折射率有一个差别，这种方法并没有解决如何在蓝宝石材料制作单模波导的问题。

发明内容

为了解决以上的多模蓝宝石光纤上制作布拉格光栅所产生的多个峰值而不容易分辨的问题，以及其他方法制作高温光纤传感器成本高，效率低等问题，本发明提供一种新型的光波导传感器及其制作方法。

本发明的技术方案是：

一种光波导传感器，包括如下结构：光波导基片介质由耐高温光学材料构成，在光波导基片上有线状光波导，线状光波导中有光栅结构。

上述光波导传感器的第一种制作方法，用耐高温光学材料作光波导基片介质，用激光束经过透镜会聚后在光波导基片中移动激光光束或者移动光波导基片，在光波导基片中直接制作出带有光栅结构的线状光波导；

上述光波导传感器的第二种制作方法，包括如下步骤：

第一步，用耐高温材料作光波导基片介质，用激光束经过透镜会聚后在光波导基片中移动激光光束或者移动光波导基片，在光波导基片上制作出线状光波导：

第二步，用激光束经过透镜会聚后在光波导基片中移动激光光束或者移动光波导基片，在的线状光波导内制作出光栅结构。

另一种光波导传感器，包括如下结构：光波导基片介质由耐高温光学材料构成，在光波导基片上有线状光波导，光波导基片的表面还设置有光栅结构。

上述光波导传感器的第一种制作方法，包括如下步骤：

第一步，用耐高温材料作光波导基片介质，用激光束经过透镜会聚后在光波导基片中移动激光光束或者移动光波导，基片制作出线状光波导；

第二步，在光波导基片的表面制作出光栅结构。

在第一步后制作一个带有光栅图形的光刻板，即用甩胶的方法在光波导基片上涂上一层光刻胶，用光刻的方法将光刻板上的光栅图形转换到光波导基片上的光刻胶上；然后用反应离子刻蚀的方法将光刻胶上的光栅图形转换到光波导基片上；最后把剩余的光刻胶去掉。

上述光波导传感器的第二种制作方法，包括如下步骤：

第一步，用耐高温材料作光波导基片介质，用激光束经过透镜会聚后在光波导基片中移动激光光束或者移动光波导基片，制作出线状光波导；

第二步，用激光束经过透镜会聚后在光波导基片的表而上扫描激光光束或者移动光波导基片，在光波导表面制作出光栅结构。

制作出的线状光波导所用激光为飞秒激光；飞秒激光的脉冲宽度小于400飞秒。

所用光波导基片介质为蓝宝石，氧化锆。

不同周期光栅位于线状光波导器件的不同位置，形成分布式的传感器阵列。

有益效果：本发明公开了高温光波导传感器件的类型之一是由耐高温的光学材料做成的光波导的基片上带有光栅结构的线状光波导，高温光波导传感器件的类型之二是由耐高温的光学材料做成的光波导的基片中有线状光波导而光波导基片的表面刻有光栅结构以及两种光波导传感器件的制作方法。由于光波导器件是单模的，或只有少数几个模的结构，位于光波导通道上的光栅只有一个谐波模，或只有少数几个模，当环境温度变化时光波导材料的折射率以及光波导光栅的周期也会发生变化，通过测量通过光波导基片上的光波导通道中的光栅的谐波波长的变化，可以测量出温度的变化，由于采用了激光技术和微电子生产工艺，可以在一片基片上同时生产出许多个光波导光栅传感器件，生产成本低，效率高。

附图说明

图1为线状光波导中带有光栅结构的光波导传感器件；

图2为光栅结构的本身形成线状光波导的光波导传感器件；

图3为光波导基片中有带有线状光波导，光波导基片表面有光栅的结构示意图；

图4表而为台阶形的光波导的基片，带有线状光波导的光波导传感器件，光波导基片表面有光栅的结构示意图；

图5为光波导基片介质是蓝宝石多模光纤，蓝宝石多模光纤中带有线状光波导，线状光波导内部有光栅的结构示意图；

图6为光波导基片介质是蓝宝石多模光纤，蓝宝石多模光纤中带有光栅结构，而光栅结构的本身形成光波导的示意图；

图7为光波导基片介质是蓝宝石多模光纤，蓝宝石多模光纤中带有线状光波导，蓝宝石多模光纤表面有光栅的结构示意图；

图8为带有光栅的光波导器件作为传感器件的反射测量法应用示意图。

图中1-光波导基片，2-线状光波导，3-波导光栅结构，4-表面光栅结构，5-蓝宝石多模光纤，6-台阶形光波导基片，7-光纤，8-封装好的传感器，9-光纤耦合器，10-宽带光源，11-光纤光谱仪。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体内容作进一步说明。

一种光波导传感器，包括如下结构：光波导基片介质由耐高温光学材料构成，在光波导基片1上有线状光波导2，线状光波导2中有波导光栅结构3，如图1所示。

上述光波导传感器的第一种制作方法，用耐高温光学材料作光波导基片介质，用激光束经过透镜会聚后在光波导基片1中移动激光光束或者移动光波导基片1，在光波导基片1中直接制作出带有光栅结构的波导光栅结构3，如图2所示；

上述光波导传感器的第二种制作方法，包括如下步骤：

第一步，用耐高温材料作光波导基片介质，用激光束经过透镜会聚后在光波导基片中移动激光光束或者移动光波导基片，在光波导基片1上制作出线状光波导2；

第二步，用激光束经过透镜会聚后在光波导基片1中，移动激光光束或者移动光波导基片1在的线状光波导2内制作出波导光栅结构3，如图1所示。

另一种光波导传感器，包括如下结构：光波导基片介质由耐高温光学材料构成，在光波导基片上有线状光波导，光波导基片的表面还设置有光栅结构。

上述光波导传感器的第一种制作方法，包括如下步骤：

第一步，用耐高温材料作光波导基片介质1，用激光束经过透镜会聚后在光波导基片1中移动激光光束或者移动光波导基片1，制作出线状光波导2；

第二步，在光波导基片1的表面制作出表面光栅结构4，如图3所示。

在第一步后制作一个带有光栅图形的光刻板，即用甩胶的方法在光波导基片上1涂上一层光刻胶，用光刻的方法将光刻板上的光栅图形转换到光波导基片上的光刻胶上；然后用反应离子刻蚀的方法将光刻胶上的光栅图形转换到光波导基片上1；在基片的上表面形成表面光栅结构4，最后把剩余的光刻胶去掉。如图3所示。

上述光波导传感器的第二种制作方法，包括如下步骤：

第一步，用耐高温材料作光波导基片介质，用激光束经过透镜会聚后在光波导基片1中移动激光光束或者移动光波导基片1，制作出线状光波导2；

第二步，用激光束经过透镜会聚后在光波导基片1的表面上扫描激光光束或者移动光波导基片1，在光波导表面制作出表面光栅结构4。如图3所示；

制作出的线状光波导所用激光为飞秒激光；飞秒激光的脉冲宽度小于400飞秒。

所用光波导基片介质为蓝宝石或氧化锆或其他耐高温材料。

不同周期光栅位于线状光波导器件的不同位置，形成分布式的传感器阵列。

一种光波导传感器的制作方法，包括如下步骤：

第一步，用耐高温光学材料作成光波导基片1，用激光束经过透镜会聚后在光波导基片上移动光波导基片1或移动激光光束，在光波导基片上制作出线状光波导2；

第二步，在光波导基片的表面制作出表面光栅结构4。

在第一步后制作一个带有光栅图形的光刻板，即用甩胶的方法在光波导基片1上涂上一层光刻胶，用光刻的方法将光刻板上的光栅图形转换到光波导基片1上的光刻胶上。

所用激光为飞秒激光；飞秒激光的脉冲宽度小于400飞秒。

所用光波导基片介质为蓝宝石或氧化锆还可以是其他耐高温光学材料；所述蓝宝石基片也可以为蓝宝石多模光纤。

不同光栅周期刻蚀在线状光波导器件的不同位置，形成分布式的传感器阵列。线状光波导是单模的或有几个模的光波导器件。

以下是描写光波导传感器的结构和功能。

光波导基片介质由耐高温光学材料构成，如蓝宝石，氧化锆等，在光波导基片上有线状光波导，使光在线状光波导中传输，线状光波导上有光栅结构，光栅的周期和材料的折射率在温度，应力等物理量变化的情况下发生改变，通过测量出与波导中的光栅相关的谐波波长的变化，得到温度，应力的物理量的变化。

以下是描写如何在耐高温光波导基片材料上制作光波导和光栅的方法之一。

步骤1.首先在耐高温的平面光学介质基片上，如蓝宝石基片上，用飞秒激光或别的激光经过透镜会聚后并沿着基片扫描而制作一个线状光波导，线状光波导的长度可以是几毫米到几米。由于飞秒激光器在介质中的自聚焦效应，以及使用的光学系统的不同，如光学透镜的焦距不同，和激光扫描的速度不同等因素的影响，线状光波导的形状可以是圆形，方形，长方形，或其他不规则的图形。光波导可以写在介质基片如蓝宝石基片的里面，也可以写在介质基片如蓝宝石基片的上表面。由于线状光波导的折射率大于四周的材料的折射率，光波被束缚在光波导中传播。介质基片如蓝宝石基片中形成的线状光波导可以是均匀的，即线状光波导的尺寸和折射率变化都是相同的，如图1所示。介质基片如蓝宝石基片中形成的线状光波导可以是不均匀的，例如线状光波导的形状类似由一个个小球连接起来的，如果这些折射率改变的小球的间隔是相同的，则线状光波导的本身就是一种光栅结构，具有布拉格光栅的特性，如图2所示，在这种情况下步骤2就不需要了。为了更好的束缚光波在波导中传播。我们可以把介质基片的上表面做成一个小台阶形，如图6所示。如果介质基片的上表面不是一个平面的，而是一个台阶形光波导基片6，线状光波导2位于台阶中，表面光栅4位于台阶的上表面，如图4所示。台阶的宽带可以是零点几个微米到几十个微米，台阶的高度可以是零点几个微米到几十个微米，介质基片的宽度可以是零点几个毫米到几毫米，介质基片的厚度可以是零点几个毫米到几十个毫米，介质基片的长度可以是几个毫米到数米。

步骤2.再用飞秒激光或别的激光在介质基片如蓝宝石基片中的线状光波导上用逐点法制作布拉格光栅。即在线状光波导上写上一个点，移动一下基片或移动一下光点，再写一个点，再移动一下基片或移动一下光点。移动点的距离就是光栅的周期，例如激光器的频率是1kHz，位移台移动的速度是1mm/s则刻写的光栅的周期是1微米，如图1所示。

以下是说明如何在耐高温光波导基片材料上制作光波导和光栅的方法之二。

步骤1.与方法之一的步骤1相同。

步骤2.制作一个带有光栅图形的光刻板。用甩胶的方法在光波导基片上涂上一层光刻胶，用光刻的方法将光刻板上的光栅图形转换到光波导基片上的光刻胶上，用显影的方法将光波导基片上没有曝光的光刻胶去掉，用反应离子刻蚀方法或离子束刻蚀的方法将光刻胶的图形转换到光波导基片上，将剩余的光刻胶清洗干净，如图3所示。

以下是描写如何在耐高温光波导基片材料上制作光波导和光栅的方法之三。

步骤1.与方法之一的步骤1相同。

步骤2.再用飞秒激光或别的激光在介质基片如蓝宝石基片的上表面光栅。即在蓝宝石基片的上表面上写上一个点，移动一下基片或移动一下光点，再写一个点，再移动一下基片或移动一下光点。移动点的距离就是光栅的周期，例如激光器的频率是1kHz，位移台移动的速度是1mm/s则刻写的光栅的周期是1微米，光波导器件的最后的结构如图3所示。

以下是描写如何在耐高温多模光纤材料上如蓝宝石多模光纤上制作光栅的方法之一。

步骤1.首先在耐高温的蓝宝石多模光纤5中，如多模蓝宝石光纤中沿轴向用飞秒激光或其他激光制作一个线状光波导2，由于飞秒激光器在介质中的自聚焦效应，以及使用的光学系统的特性不同，如透镜的焦距不同，和激光扫描的速度不同等因素的影响，线状光波导的形状可以为圆形，方形，长方形，椭圆形，或其他不规则的图形，光波导的尺寸可以是零点几个微米到十几个微米，光波导的长度可以从几个毫米到数米。如图5所示，线状光波导可以看成是一个新生成的单模光纤的芯径，而原来的多模光纤可以看成是这个新的单模光纤的包层，这样光在多模光纤中的线状光波导中传播可以看成在一个等效的单模光纤中的芯径传播。由于在多模光纤中制作了线状光波导，使一根多模光纤转换为一根单模光纤的功能。下一步就需要在这根具有线状光波导的多模光纤中制作布拉格光栅。如果线状光波导是均匀的，即线状光波导的尺寸和折射率改变沿轴向都基本相同，如果线状光波导是不均匀的，例如线状光波导的形状像类似由一个个小球连接起来的，而且如果这些折射率改变的小球的间隔是相同的，则线状光波导的本身就是一种波导光栅结构3，具有布拉格光栅的特性，如图6所示，在这种情况下步骤2就不需要了。

步骤2.用飞秒激光或别的激光在蓝宝石多模光纤5中的线状光波导2上用逐点法制作布拉格波导光栅结构3。即在线状光波导2上写上一个点，移动一下蓝宝石多模光纤5或移动一下激光光点，再写一个点，再移动一下蓝宝石多模光纤5或移动一下激光光点，移动点的距离就是光栅的周期，例如激光器的频率是1kHz，位移台移动的速度是1mm/s则刻写的光栅的周期是1微米，如图5所示。

以下是描写如何在耐高温多模光纤材料上如蓝宝石多模光纤上制作光栅的方法之二。

步骤1.与方法之一的步骤1相同。

步骤2.制作一个带有光栅图形的光刻板。把多模光纤的一端磨平，使光纤的外形由圆形变成了D形，用甩胶的方法在多模光纤的磨平的一面上涂上一层光刻胶。用光刻的方法将光刻板上的光栅图形转换到光波导基片上的光刻胶上，用显影的方法将光波导基片上没有曝光的光刻胶去掉，用反应离子刻蚀方法或离子束刻蚀的方法将光刻胶的图形转换到光波导基片表面上形成光栅，将剩余的光刻胶清洗干净，如图7所示)

以下是描写如何在耐高温多模光纤材料上如蓝宝石多模光纤上制作光栅的方法之三。

步骤1.与方法之一的步骤1相同。

步骤2.把多模光纤的一端磨平，使光纤的外形由圆形变成了D形。再用飞秒激光或别的激光在多模光纤的上表面写光栅。即在蓝宝石多模光纤的上表面上写上一个点，移动一下蓝宝石多模光纤5或移动一下激光光点，再写一个点，再移动一下蓝宝石多模光纤5或移动一下激光光点。移动点的距离就是表面光栅4的周期，例如激光器的频率是1kHz，位移台移动的速度是1mm/s则刻写的表面光栅4的周期是1微米，器件上的表面光栅4的最后的结构如图7所示。

工作原理：

用飞秒激光或其他激光可以在透明的介质材料内部形成一个线状波导用于限制光束在其波导中传播由于波导的尺寸比较小，从零点几个微米到十几个微米的直径，波导可以看做为单模波导或有几个模的波导，例如如果我们在一根多模光纤上用飞秒激光或其他激光写入一个线状波导结构，则我们把一根多模光纤转化为一根单模光纤，如果我们在这根有线状波导的多模光纤上制作光栅结构，形成光纤光栅或长周期光栅，则这根有线状波导和光栅的多模光纤可以作为传感器，用于测量温度，或应力等其他物理量。同样例如如果我们在一个平面波导或一个矩形波导上用飞秒激光或其他激光写入一个线状波导结构，则该波导为一个单模波导或只有几个模的波导，如果我们在这个有线状波导的基片上制作光栅结构，形成光纤光栅或长周期光栅，则这个有线状波导和光栅的波导基片可以作为传感器，用于测量温度，或应力等其他物理量。

以下是布拉格光栅的工作原理：当一个有一定带宽的光耦合到带有光栅的光波导器件中，波长满足布拉格谐波波长条件时：

λ＝2nΛ

其中λ是布拉格波长，n是波导的有效折射率，Λ是光栅周期。当波长满足布拉格谐波波长的光被反射，其余的光依然透射。这是一次布拉格谐波波长条件。也可以有二阶或二阶以上的布拉格谐波波长条件如下：

λ＝2mnΛ

其中λ是布拉格波长，m可以是1，2，3，。。。，n是波导的有效折射率，Λ是光栅周期。当波长满足布拉格多次谐波波长的光被反射，其余的光依然透射。带有光栅的光波导器件的工作原理和光纤光栅的传感工作原理完全相同。如当环境温度发生变化，折射率n发生漂移，或光栅的周期发生变化，使布拉格谐波波长发生漂移。通过测量布拉格谐波波长的漂移，可以测量出温度的变化值。使用一阶布拉格谐波波长的光波导光栅的周期比较短，例如光波导介质的折射率是1.7，工作波长是1.55um，则光栅的周期为0.45um，这在制作光波导光栅上有一定的难度。可以采用二阶布拉格谐波波长的光波导光栅或高阶布拉格谐波波长的光波导光栅。增加了光栅周期的长度以降低对光栅的光波导器件的生产难度。

长周期光栅的工作原理：当一个有一定宽带的光耦合到带有长周期光栅的光波导器件中，波长满足谐波波长条件时：

λ1＝(n0-n1)Λ1

其中λ1是响应波长，n0是波导的有效折射率，n1是包层的有效折射率，Λ1是光栅周期。

当波长满足谐波波长的光被被耦合到包层模，其余波长的光依然在芯径内传播。

如当环境温度发生变化，折射率n发生漂移，或光栅的周期发生变化，使谐波波长发生漂移。通过测量谐波波长的漂移，可以测量出温度的变化值。

带有光栅的光波导器件作为传感器件位于被测的环境中，如一个高温区，带有光栅的光波导器件通过光纤和一个分路器连接，分路器的另外两个端口分别接到一个宽带光源和一个光谱分析仪，宽带光源的光信号通过一个分路器进入带有光栅的光波导器件中，带有光栅的光波导器件的反射信号，也就是波长满足布拉格谐波波长的光被反射回来，通过分路器到达光谱分析仪中。当环境温度发生变化，光波导器件的布拉格谐波波长也会发生变化，由此可以得到环境温度的变化值，这是带有光栅的光波导器件作为传感器件的反射测量法。

带有光栅的光波导器件作为传感器件位于被测的环境中，如一个高温区，带有光栅的光波导器件的两端都通过分别和一个宽带光源和一个光谱分析仪通过光纤连接，宽带光源的光信号通过一个分路器进入带有光栅的光波导器件中，带有光栅的光波导器件的透射信号，也就是波长满足布拉格谐波波长的光被反射回来，而其他波长的光到达光谱分析仪中，当环境温度发生变化，光波导器件的布拉格谐波波长也会发生变化，由此可以得到环境温度的变化值，这是带有光栅的光波导器件作为传感器件的透射测量法。

实施例1：

当带有波导光栅3的光波导基片1成为一个封装好的传感器8制作完成后，一端与一根普通光纤7或是耐高温光纤连接起来，另一端不和光纤连接，封装好以后做成一个传感器，可以将耐高温的带有光栅的光波导器件，如蓝宝石带有光栅的光波导器件放在高温点作为高温的感应器件，离开高温区有一定的距离处温度要低一些，就可以用一根普通光纤7来传输光的信号，如果是高温区，就可以用蓝宝石光纤来传输光信号。带有光栅的光波导器件即封装好的传感器8通过光纤7和一个光纤耦合器9连接，光纤耦合器9的另外两个端口分别接到一个宽带光源10和一个光谱分析仪11，宽带光源10的光信号通过光纤耦合器9进入带有光栅的光波导器件即封装好的传感器8中，带有光栅的光波导器件即封装好的传感器8的反射信号，也就是波长满足布拉格谐波波长的光被反射回来，通过光纤耦合器9到达光谱分析仪11中，当环境温度发生变化，光波导器件即封装好的传感器8的布拉格谐波波长也会发生变化，这是采用反射法来使用光波导传感器。

实施例2：

如果有光栅的光波导器件的两端都和光纤耦合连接起来，光信号从一根光纤进人，从另一根光纤出来，这是采用透射式的方法使用带有光栅的光波导器件的温度传感器件，光纤可以是普通光纤，应用在低温区，光纤也可以是蓝宝石光纤，应用在高温区。

实施例3：

在一个带有线状波导结构的光波导器件的不同位置上写入光栅，每个位置上的光栅周期不相同，形成分布式的光纤传感器系统，可以测量不同位置的温度或其他物理量。

Claims (10)

1.一种光波导传感器，其特征在于，包括如下结构：光波导基片介质由耐高温光学材料构成，在光波导基片上有线状光波导，线状光波导中有光栅结构。

2.一种根据权利要求1所述的光波导传感器的制作方法，其特征在于：用耐高温光学材料作光波导基片介质，用激光束经过透镜会聚后在光波导基片中移动激光光束或者移动光波导基片，在光波导基片中直接制作出带有光栅结构的线状光波导；

3.一种根据权利要求1所述的光波导传感器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，用耐高温材料作光波导基片介质，用激光束经过透镜会聚后在光波导基片中移动激光光束或者移动光波导基片，在光波导基片中制作出线状光波导；

第二步，用激光束经过透镜会聚后在光波导基片中移动激光光束或者移动光波导基片，在线状光波导内制作出光栅结构。

4.一种光波导传感器，其特征在于，包括如下结构：光波导基片介质由耐高温光学材料构成，在光波导基片上有线状光波导，光波导基片的表面还设置有光栅结构。

5.一种根据权利要求4所述的光波导传感器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，用耐高温材料作光波导基片介质，用激光束经过透镜会聚后在光波导基片中移动激光光束或者移动光波导基片，制作出线状光波导；

第二步，在光波导基片的表面制作出光栅结构。

6.根据权利要求5所述的光波导传感器的制作方法，其特征在于：在第一步后制作一个带有光栅图形的光刻板，即用甩胶的方法在光波导基片上涂上一层光刻胶，用光刻的方法将光刻板上的光栅图形转换到光波导基片上的光刻胶上；然后用反应离子刻蚀的方法将光刻胶上的光栅图形转换到光波导基片上；最后把剩余的光刻胶去掉。

7.一种根据权利要求4所述的光波导传感器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，用耐高温材料作光波导基片介质，用激光束经过透镜会聚后在光波导基片中移动激光光束或者移动光波导基片，制作出线状光波导；

第二步，用激光束经过透镜会聚后在光波导基片的表面上扫描激光光束或者移动光波导基片，在光波导表面制作出光栅结构。

8.根据权利要求2或3或或5或6或7所述的光波导传感器的制作方法，其特征在于：制作出的线状光波导所用激光为飞秒激光；飞秒激光的脉冲宽度小于400飞秒。

9.根据权利要求1或4所述的光波导传感器，其特征在于：所用光波导基片介质为蓝宝石或氧化锆。

10.根据权利要求1或4所述的光波导传感器，其特征在于：不同周期光栅位于线状光波导器件的不同位置，形成分布式的传感器阵列。

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