CN102221422A - 飞秒脉冲激光制备的本征型光纤法珀温度传感器及其制作方法 - Google Patents

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王廷云
王文辕
庞拂飞
陈娜
朱姗
文建湘
蓝鲁刚
丁丁
李康
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Abstract

本发明提供了一种飞秒脉冲激光制备的本征型光纤法珀温度传感器及其制作方法。飞秒脉冲激光制备的本征型光纤法珀温度传感器，包括一根光纤，其内有一个第一光纤内部反射镜和一个第二光纤内部反射镜，所述第一光纤内部反射镜和第二光纤内部反射镜分别是通过飞秒脉冲激光沿单模光纤纤芯的径向改变纤芯处的折射率形成的；所述第一光纤内部反射镜和第二光纤内部反射镜之间的距离为50~5000μm。本发明中的传感器具有抗恶劣环境、稳定性强、损耗低、易于与光纤通信网络复用的特点，不仅光路简单，易于实现，而且待加工光纤无须掺杂和增敏，形成的光纤法珀结构为永久性的，不易消失。

Description

飞秒脉冲激光制备的本征型光纤法珀温度传感器及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种飞秒脉冲激光制备的本征型光纤法珀温度传感器及其制作方法，属于光纤传感领域。
背景技术
随着光电检测技术的迅猛发展，人们对光纤传感器提出了更高的要求。现有的光纤传感器，虽然具有体积小、重量轻、灵敏度高、耗电少、抗电磁干扰和耐腐蚀等特点，但由于其制作工艺复杂、成本高和不易复用等弱点，难以满足科技、生产和生活领域的要求，从而制约了这些领域的进一步快速发展。
采用飞秒脉冲激光进行微加工，由于其脉宽极窄，因此可以在单脉冲能量很低的条件下获得极高的瞬时功率，在短时间内将极大的能量注入到材料中去，实现受热影响很小的微细加工。同时，由于阈值效应的存在，被加工的区域远小于光斑，因此能够突破衍射极限。当飞秒激光聚焦到待加工透明材料体内，在能量足以发生非线性效应时，材料性质就会发生变化，而此时材料的表面不受到任何影响。通过改变待加工材料与飞秒脉冲激光焦点的相对位置，可在材料中制备三维结构。采用紫外激光制备的本征型光纤法布里-珀罗干涉仪不能耐高温，而采用飞秒激光脉冲制备的本征型光纤法布里-珀罗干涉仪能够克服这一缺点，可用于高温传感。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种飞秒脉冲激光制备的本征型光纤法珀温度传感器及其制作方法。该传感器具有抗恶劣环境、稳定性强、损耗低、易于与光纤通信网络复用的特点，不仅光路简单，易于实现，而且待加工光纤无须掺杂和增敏，形成的光纤法珀结构为永久性的，不易消失。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种飞秒脉冲激光制备的本征型光纤法珀温度传感器，包括一根光纤，其特征在于所述光纤内有一个第一光纤内部反射镜和一个第二光纤内部反射镜，所述第一光纤内部反射镜和第二光纤内部反射镜分别是通过飞秒脉冲激光沿单模光纤纤芯的径向改变纤芯处的折射率形成的；所述第一光纤内部反射镜和第二光纤内部反射镜之间的距离为50~5000 μm。
一种飞秒脉冲激光制备的本征型光纤法珀温度传感器制作方法，用于制作根据权利要求1所述的飞秒脉冲激光制备的本征型光纤法珀温度传感器，其操作方法如下：
1）将光纤置于三维移动平台上，使光纤轴向垂直于飞秒脉冲激光传输方向；
2）飞秒脉冲激光通过显微镜的物镜聚焦于光纤纤芯处；
3）三维移动平台沿飞秒脉冲激光传输方向移动，使飞秒脉冲激光的聚焦点沿光纤径向扫描光纤纤芯；
4）每制作一个光纤内部反射镜时，三维移动平台的移动距离为12 μm，移动速度为1 μm/s。
本发明的工作原理：
将飞秒脉冲激光聚焦到光纤纤芯处，通过沉积激光能量，使纤芯处折射率发生改变。折射率改变区域作为光纤内部反射镜，两个相同的光纤内部反射镜和其间的纤芯构成本征型光纤法布里-珀罗温度传感器。当温度发生变化时，由于热光效应和热膨胀效应作用，光纤法布里-珀罗腔的有效腔长发生变化，从而使得在法布里-珀罗腔内发生干涉的两束光之间的光程差发生改变，引起干涉条纹发生变化，通过光谱仪对干涉条纹移动量的识别来检测温度的变化。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
（1）采用飞秒脉冲激光作用在光纤纤芯部分，通过控制脉冲激光能量和焦点位置，只在纤芯区域引起折射率变化，而不损伤光纤，保证了光纤的完整性，提高了传感器抗恶劣环境的能力；
（2）采用飞秒脉冲激光制备光纤内部反射镜，不受光纤特性的影响，可以在各种光纤上制备本征型法布里-珀罗温度传感器；
（3）可制备腔长为50μm~5000μm的传感器，满足传感复用中不同腔长法布里-珀罗传感器的需求。
附图说明
图1是发明的本征型光纤法珀温度传感器的结构框图。
图2是应用本发明传感器的温度传感装置的结构框图。
图3是腔长400 μm的光纤法珀温度传感器的干涉谱。
图4是腔长1000 μm的光纤法珀温度传感器的干涉谱。
图5是腔长1000 μm的光纤法珀温度传感器干涉谱峰随温度的移动量。
具体实施方式
本发明的优选实施例并结合附图说明如下：
实施例一：
参见图1，本飞秒脉冲激光制备的本征型光纤法珀温度传感器，包括一根光纤（4），其内有一个第一光纤内部反射镜（1）和一个第二光纤内部反射镜（2），所述第一光纤内部反射镜（1）和第二光纤内部反射镜（2）分别是通过飞秒脉冲激光沿单模光纤纤芯（3）的径向改变纤芯处的折射率形成的；所述第一光纤内部反射镜（1）和第二光纤内部反射镜（2）之间的距离为50~5000 μm。
实施例二：
本飞秒脉冲激光制备的本征型光纤法珀温度传感器制作方法，用于制作实施例一所述的飞秒脉冲激光制备的本征型光纤法珀温度传感器，其操作方法如下：
1）将光纤（4）置于三维移动平台上，使光纤（4）轴向垂直于飞秒脉冲激光传输方向；
2）飞秒脉冲激光通过显微镜的物镜聚焦于光纤纤芯处；
3）三维移动平台沿飞秒脉冲激光传输方向移动，使飞秒脉冲激光的聚焦点沿光纤径向扫描光纤纤芯；
4）每制作一个光纤内部反射镜时，三维移动平台的移动距离为12 μm，移动速度为1 μm/s
实施例三：
参见图2，本本征型光纤法珀温度传感装置，包括一个光源（5），所述光源（5）连接一个光纤环形器（6），所述光纤环形器（6）的一个接口连接一个实施例一所述的飞秒脉冲激光制备的本征型光纤法珀温度传感器（7），另一个接口连接一个光谱分析仪（8）；所示光源（5）为1550nm宽带光源，光纤环形器（6）为1550nm光纤环形器；所述光源（5）发出的光经过所述光纤环形器（6）导入到飞秒脉冲激光制备的本征型光纤法珀温度传感器（7）；飞秒脉冲激光制备的本征型光纤法珀温度传感器（7）将采集到的外界温度信号通过所述光纤环形器（6）最终显示在所述光谱分析仪（8）上。
图3和图4分别是腔长400 μm和1000 μm的光纤法珀温度传感器的反射干涉谱，干涉条纹光滑。两个干涉信号的对比度分别为6dB和4dB。图5是腔长1000 μm的光纤法珀温度传感器干涉谱峰随温度的移动情况，从图中可知干涉谱峰随温度线性移动，升降温过程重复性良好，移动量为10pm/℃。

Claims (2)

1.一种飞秒脉冲激光制备的本征型光纤法珀温度传感器，包括一根光纤（4），其特征在于所述光纤（4）内有一个第一光纤内部反射镜（1）和一个第二光纤内部反射镜（2），所述第一光纤内部反射镜（1）和第二光纤内部反射镜（2）分别是通过飞秒脉冲激光沿单模光纤纤芯（3）的径向改变纤芯处的折射率形成的；所述第一光纤内部反射镜（1）和第二光纤内部反射镜（2）之间的距离为50~5000 μm。
2.一种飞秒脉冲激光制备的本征型光纤法珀温度传感器制作方法，用于制作根据权利要求1所述的飞秒脉冲激光制备的本征型光纤法珀温度传感器，其操作步骤如下：
1）将光纤（4）置于三维移动平台上，使光纤（4）轴向垂直于飞秒脉冲激光传输方向；
2）飞秒脉冲激光通过显微镜的物镜聚焦于光纤纤芯（3）处；  
3）三维移动平台沿飞秒脉冲激光传输方向移动，使飞秒脉冲激光的聚焦点沿光纤径向扫描光纤纤芯；
4）每制作一个光纤内部反射镜时，三维移动平台的移动距离为12 μm，移动速度为1 μm/s。
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