CN102183488A - 基于闪耀长周期光纤光栅的折射率传感器 - Google Patents

基于闪耀长周期光纤光栅的折射率传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN102183488A
CN102183488A CN 201110053392 CN201110053392A CN102183488A CN 102183488 A CN102183488 A CN 102183488A CN 201110053392 CN201110053392 CN 201110053392 CN 201110053392 A CN201110053392 A CN 201110053392A CN 102183488 A CN102183488 A CN 102183488A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tlpfg
refractive index
grating
laser
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN 201110053392
Other languages
English (en)
Other versions
CN102183488B (zh
Inventor
冯亭
延凤平
李琦
陶沛琳
彭万敬
梁骁
王强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Jiaotong University
Original Assignee
Beijing Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Jiaotong University filed Critical Beijing Jiaotong University
Priority to CN 201110053392 priority Critical patent/CN102183488B/zh
Publication of CN102183488A publication Critical patent/CN102183488A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102183488B publication Critical patent/CN102183488B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

本发明公开了一种折射率传感器，具体为一种基于闪耀长周期光纤光栅的折射率传感器。本传感器包括沿光的传播方向依次布置的激光光源、窄带滤波器、起偏器、偏振控制器、保偏光纤、TLPFG、多模光纤和激光功率计。其中TLPFG输出的激光经过多模光纤进入光功率计，光功率计将测得的功率值输入计算机处理系统，计算机处理系统经过分析计算得到TLPFG包层外界环境折射率的大小。TLPFG的光栅的倾斜角大于45度且小于90度。本传感器系统采用TPLFG作为传感探测器件，采用偏振光作为输入信号光，整个系统具有灵敏度高，体积小，成本低，抗腐蚀、抗电磁干扰、对被测环境的影响小、可以远程测量和易于实现分布式的多点传感等优点。

Description

基于闪耀长周期光纤光栅的折射率传感器
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，具体地说是一种基于闪耀长周期光纤光栅(TLPFG)的折射率传感器。
背景技术
折射率的测量技术应用广泛，其应用领域包括：环境检测与监控、工业过程监控、化学、生物以及医疗等等。
与传统的基于棱镜的折射率测量方法相比，基于光纤光学的测量技术因其独特的优点越来越引起人们的注意。基于光纤光学的传感器的优点有：耐高温、抗腐蚀、抗电磁干扰、体积小、对被测环境的影响小、可以远程测量和易于实现分布式的多点传感等。
在光纤光学的传感领域有一种起着举足轻重作用的新型无源光器件-光纤光栅，光纤光栅是在光纤中建立起的一种空间周期性的折射率分布，它可以改变和控制光在光纤中的传播行为。利用光纤光栅的特点，可以制作各种各样的传感器，对多种参量进行实施监测。近年来随着光纤光栅制作技术和应用的不断发展，一种新型的光纤光栅-闪耀(也叫倾斜)光纤光栅因在波分复用通信系统、环境折射率的测量以及解决交叉敏感问题等方面呈现出的惊人的潜在价值和广阔的应用前景受到了各国研究人员的青睐。
闪耀光栅是一种光栅条纹和光纤轴向存在一定角度的特殊光栅。目前对于闪耀布拉格光栅(TFBG)的研究较多，并且基于TFBG的温度、压力、湿度和折射率等传感器也都有报道。但是对于闪耀长周期光纤光栅(TLPFG)的研究还很少，基于TLFBG的传感器的报道也几乎没有。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种用于测量环境折射率的传感器，该传感器是基于闪耀长周期光纤光栅(TLPFG)设计的，能够在环境温度不变的情况下可以测量环境折射率的基于TLPFG的传感器。
本发明采取了如下技术方案。该传感器包括沿光的传播方向依次布置的激光光源、窄带滤波器、起偏器、偏振控制器、保偏光纤、TLPFG、多模光纤和激光功率计。其中：TLPFG输出的激光经过多模光纤进入光功率计，光功率计将测得的功率值输入计算机处理系统，计算机处理系统经过分析计算得到TLPFG包层外界环境折射率的大小。光栅的倾斜角的取值范围为大于45度且小于90度。TLPFG可以将某个特定波长的偏振光耦合到包层中，使其成为包层模或辐射模，这些模式会随着包层外界环境折射率的不同向包层外泄漏不同量的光，从而根据剩余光功率的大小分析计算得知包层外界环境折射率的大小。
相对于现有技术而言，本传感器系统采用TPLFG作为传感探测器件，采用偏振光作为输入信号光，整个系统具有灵敏度高，体积小，成本低，抗腐蚀和抗电磁干扰等优点。
附图说明
图1TLPFG在光栅周期为340μm，光栅倾斜角为80°时的透射光谱图；
图2TLPFG的工作示意图；
图3基于闪耀长周期光纤的折射率传感器示意图；
图中：1、长周期光栅所决定的损耗峰，2、光栅倾斜所带来的损耗峰，3、激光光源，4、窄带滤波器，5、起偏器，6、偏振控制器，7、TPLFG，8、光功率计，9、计算机处理系统，10、保偏光纤，11、多模光纤。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图3所示，本发明的结构包括激光光源3、窄带滤波器4、起偏器5、偏振控制器6、TLPFG7、光功率计8、计算机处理系统9、保偏光纤10和多模光纤11。其中：激光光源3、窄带滤波器4、起偏器5、偏振控制器6、TLPFG7和光功率计8沿光的传播方向依次布置，TLPFG输出的激光经过多模光纤进入光功率计，光功率计将测得的功率值输入计算机处理系统，计算机处理系统经过分析计算得到TLPFG包层外界环境折射率的大小。
如图2所示，本实施例利用TLPFG作为传感探测器件，其中的TLPFG的周期Λ和光栅倾斜角θ可以根据需要设定，从而可以设置整个系统的工作波长。光栅倾斜角θ的取值范围一般为大于45°且小于90°。
如图3所示，在环境温度不变的情况下，由激光光源3产生激光，激光经过窄带滤波器4选出预先设定好的波长的光，然后此波长的光经过起偏器5输出偏振光，之后输出的偏振光经过偏振控制器6输出所需要的偏振化方向的偏振光，此偏振光再经过保偏光纤10进入TLPFG7被耦合进入包层，之后一部分光泄漏出光纤，一部分从TLPFG7输出经过多模光纤11进入光功率计8，得到输出光功率，最后将得到的功率值输入计算机处理系统9，经过分析计算，得到TLPFG7包层外界环境折射率的大小。
本发明的原理：当一束宽谱光源发射的光通过起偏器和偏振控制器进入TPLFG后，用光谱仪接收输出光，在1400-1600nm波长范围内出现如图1所示的两个损耗峰，其中损耗峰1是由长周期光纤光栅的特性所决定的，损耗峰2是由光栅倾斜带来的，此图是在光栅周期为340μm，光栅倾斜角为80°时的透射光谱图。在周期和光栅的倾斜角(大于45°小于90°)确定的情况下，TPLFG可以将某个特定波长的光耦合进入包层，成为包层模或辐射模，包层模或辐射模在包层和外界环境的分界面处会发生光功率泄漏，如图2所示。但是在包层外界的环境折射率不同的情况下，包层模或辐射模向外界的功率泄漏量是不同的，这样根据输出端探测到的光功率的大小就可以计算环境折射率的大小。所以当环境温度不变时，在TLPFG周期和倾斜角确定的情况下，就可以在只输入能产生损耗峰2的波长的光的情况下，根据输出端探测到的光功率的大小，由计算机处理系统得到环境的折射率大小。
实施例：
本实施例中TLPFG7的周期为340μm，光栅倾斜角为80°，其透射谱如图1所示结果，损耗峰2所在中心波长为1545nm，故激光光源3选用中心波长为1545nm的激光器，窄带滤波器4中心波长也为1545nm。
整个系统的工作工程如下(在环境温度不变的情况下)：
激光光源3产生1545nm波段的激光，进入窄带滤波器4。经过滤波器4的激光进入起偏器5，形成偏振光，此偏振光然后进入偏振控制器6。利用偏振控制器6调整偏振光的偏振化方向到某一合适状态，经过保偏光纤10进入TLPFG7。进入TLPFG7后的偏振光一部分经耦合泄露到光栅外界，一部分由TLPFG7输出经过多模光纤11进入激光功率计8。将激光功率计8的测量结果输入计算机控制系统9，经过分析计算得出TLPFG7外界的折射率大小。所以，当TLPFG7外界环境的折射率改变时，便可通过本系统实时测得其大小。
以上对本发明所提供的一种基于闪耀长周期光纤光栅的折射率传感器进行详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.基于闪耀长周期光纤光栅的折射率传感器，其特征在于：包括沿光的传播方向依次布置的激光光源、窄带滤波器、起偏器、偏振控制器、保偏光纤、TLPFG、多模光纤和激光功率计；其中：TLPFG输出的激光经过多模光纤进入光功率计，光功率计将测得的功率值输入计算机处理系统，计算机处理系统经过分析计算得到TLPFG包层外界环境折射率的大小；所述TLPFG为闪耀长周期光纤光栅。
2.根据权利要求1所述的基于闪耀长周期光纤光栅的折射率传感器，其特征在于：所述TLPFG的光栅倾斜角大于45度且小于90度。
CN 201110053392 2011-03-04 2011-03-04 基于闪耀长周期光纤光栅的折射率传感器 Expired - Fee Related CN102183488B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110053392 CN102183488B (zh) 2011-03-04 2011-03-04 基于闪耀长周期光纤光栅的折射率传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110053392 CN102183488B (zh) 2011-03-04 2011-03-04 基于闪耀长周期光纤光栅的折射率传感器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102183488A true CN102183488A (zh) 2011-09-14
CN102183488B CN102183488B (zh) 2013-06-19

Family

ID=44569712

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201110053392 Expired - Fee Related CN102183488B (zh) 2011-03-04 2011-03-04 基于闪耀长周期光纤光栅的折射率传感器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102183488B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104777132A (zh) * 2015-04-28 2015-07-15 天津理工大学 基于薄包层长周期光纤光栅偏振特性的环境折射率测量方法
CN105044030A (zh) * 2015-07-30 2015-11-11 暨南大学 光纤纤间倏逝场耦合折射率计及其检测方法
CN106896083A (zh) * 2016-07-14 2017-06-27 暨南大学 等离子体共振倾斜光纤光栅传感器、检测系统及方法
CN106940300A (zh) * 2016-11-02 2017-07-11 北京信息科技大学 一种液体折射率特性研究方法
CN108398244A (zh) * 2018-05-02 2018-08-14 中国人民解放军国防科技大学 一种基于倾斜光纤光栅的光纤激光参数实时测量装置
CN109239011A (zh) * 2018-07-20 2019-01-18 华南师范大学 一种光纤露点湿度检测装置、系统及其控制方法
WO2020125305A1 (zh) * 2018-12-21 2020-06-25 宁波中车时代传感技术有限公司 一种基于闪耀光栅和光纤光栅的光纤温振串联一体传感器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5641956A (en) * 1996-02-02 1997-06-24 F&S, Inc. Optical waveguide sensor arrangement having guided modes-non guided modes grating coupler
WO2002044697A1 (en) * 2001-10-02 2002-06-06 Commissariat A L"Energie Atomique Refractometer with blazed bragg gratings
CN1526079A (zh) * 2001-07-10 2004-09-01 住友电气工业株式会社 光波导型衍射光栅元件及其制造方法
CN101871886A (zh) * 2010-06-08 2010-10-27 中国计量学院 一种折射率传感器制作方法及折射率传感装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5641956A (en) * 1996-02-02 1997-06-24 F&S, Inc. Optical waveguide sensor arrangement having guided modes-non guided modes grating coupler
CN1526079A (zh) * 2001-07-10 2004-09-01 住友电气工业株式会社 光波导型衍射光栅元件及其制造方法
WO2002044697A1 (en) * 2001-10-02 2002-06-06 Commissariat A L"Energie Atomique Refractometer with blazed bragg gratings
CN101871886A (zh) * 2010-06-08 2010-10-27 中国计量学院 一种折射率传感器制作方法及折射率传感装置

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104777132A (zh) * 2015-04-28 2015-07-15 天津理工大学 基于薄包层长周期光纤光栅偏振特性的环境折射率测量方法
CN105044030A (zh) * 2015-07-30 2015-11-11 暨南大学 光纤纤间倏逝场耦合折射率计及其检测方法
CN105044030B (zh) * 2015-07-30 2017-08-08 暨南大学 光纤纤间倏逝场耦合折射率计及其检测方法
CN106896083A (zh) * 2016-07-14 2017-06-27 暨南大学 等离子体共振倾斜光纤光栅传感器、检测系统及方法
CN106896083B (zh) * 2016-07-14 2019-09-17 暨南大学 等离子体共振倾斜光纤光栅传感器、检测系统及方法
CN106940300A (zh) * 2016-11-02 2017-07-11 北京信息科技大学 一种液体折射率特性研究方法
CN108398244A (zh) * 2018-05-02 2018-08-14 中国人民解放军国防科技大学 一种基于倾斜光纤光栅的光纤激光参数实时测量装置
CN109239011A (zh) * 2018-07-20 2019-01-18 华南师范大学 一种光纤露点湿度检测装置、系统及其控制方法
CN109239011B (zh) * 2018-07-20 2024-04-30 华南师范大学 一种光纤露点湿度检测装置、系统及其控制方法
WO2020125305A1 (zh) * 2018-12-21 2020-06-25 宁波中车时代传感技术有限公司 一种基于闪耀光栅和光纤光栅的光纤温振串联一体传感器

Also Published As

Publication number Publication date
CN102183488B (zh) 2013-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102183488B (zh) 基于闪耀长周期光纤光栅的折射率传感器
CN102052930B (zh) 光纤光栅分布式应变传感器及其应变监测方法
CN102494801B (zh) 一种分布式光延迟光纤温度传感器
CN103323058A (zh) 一种光纤折射率和温度传感器及其测量方法
CN101592757A (zh) 级联长周期光纤光栅装置及其制造方法及湿敏传感系统
CN105371785B (zh) 一种曲率测量方法
CN103439766A (zh) 一种多芯光纤的空分复用方法
CN104316106A (zh) 一种基于马赫增德尔干涉和光纤布拉格光栅的光纤传感器
CN103528609A (zh) 复合干涉型的多参量光纤传感器
CN203657934U (zh) 基于Sagnac环的反射型长周期光纤光栅温度和折射率双参数传感装置
CN103453940A (zh) 基于多模结构的光纤传感器
CN203479323U (zh) 一种光纤折射率和温度传感器
CN203224440U (zh) 一种基于多模干涉msm结构的湿度传感器
CN202994329U (zh) 一种基于保偏长周期光纤光栅环镜的温度和湿度同时测量传感器
CN105180978A (zh) 基于窄带光源和滤波特性可调元件的光学传感器及其方法
CN102620856B (zh) 分布式光纤布里渊应变和温度传感器
CN102147362B (zh) 一种基于锥形腐蚀的温度自补偿fbg折射率传感器
CN201945404U (zh) 一种基于3°角倾斜mfbg的温度与折射率同时测量传感器
KR102036260B1 (ko) 광섬유 격자를 이용한 누수 및 침수 감지센서
CN201130028Y (zh) 一种光纤光栅传感器解调仪
CN110031139A (zh) 一种基于阵列波导光栅结构的接触型线性应力传感器及其应力检测方法
CN103364105B (zh) 基于多模干涉的光纤折射率与温度传感器及其测量方法
CN102706825B (zh) 一种利用光纤光栅测量化学溶液浓度的方法及系统
Shi et al. A method of the detection of marine pollution based on the measurement of refractive index
CN103076303A (zh) 一种基于边孔单模光纤的应力长周期光纤光栅液体折射率传感器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130619

Termination date: 20140304