CN103439764A - 一种填充型光纤包层光栅制作方法 - Google Patents

一种填充型光纤包层光栅制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103439764A
CN103439764A CN2013104266480A CN201310426648A CN103439764A CN 103439764 A CN103439764 A CN 103439764A CN 2013104266480 A CN2013104266480 A CN 2013104266480A CN 201310426648 A CN201310426648 A CN 201310426648A CN 103439764 A CN103439764 A CN 103439764A
Authority
CN
China
Prior art keywords
grating
cladding
fiber
optical fiber
filled
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.)
Pending
Application number
CN2013104266480A
Other languages
English (en)
Inventor
贾宏志
方良
刘佰滢
曹江辉
林旺
杨振皓
曹君杰
曾珍
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.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
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 University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CN2013104266480A priority Critical patent/CN103439764A/zh
Publication of CN103439764A publication Critical patent/CN103439764A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Optical Transform (AREA)

Abstract

本发明涉及一种填充型光纤包层光栅制作方法，上下两层为光纤包层，中间为光纤纤芯，在光纤包层上绕光纤轴形成周期性空间，形成包层起伏型光栅，被测物质填充周期性空间。在光纤包层形成周期性空间，来获得折射率调制，避开光纤包层光栅用光敏性物质曝光形成的难点，同时得到的光纤包层光栅比传统光纤光栅纤芯折射率调制具有更好的灵敏性和精确度，制作简便，利于广泛的适用。

Description

一种填充型光纤包层光栅制作方法
技术领域
本发明涉及一种光栅传感器，特别涉及一种填充型光纤包层光栅制作方法。
背景技术
光纤光栅作为光通信与光纤传感领域的重要技术，已经发展了二三十多年。光纤光栅的谐振波长对应力应变和温度的变化敏感，所以可以用于温度和应力应变的测量。因其具有抗电磁干扰、抗腐蚀、电绝缘、高灵敏度和低成本以及和普通光纤的良好兼容性等优点，使得其近些年在传感领域越来越受到关注，现今光纤光栅传感已被应用于各个方面，例如高速公路、桥梁、大坝、矿山、机场、船舶、地球技术、铁路、油或气库的监测。
传统的光纤光栅制作是将纤芯材料具有光敏性的光纤用紫外光曝光获得折射率调制。这种类型的光纤光栅可以将正向传输的纤芯模耦合到反向传输的纤芯模，或者将纤芯模耦合向光纤包层形成包层模，两种情况分别对应短周期的布拉格光纤光栅与长周期光纤光栅。现今的光纤光栅传感原理也是基于以上两种耦合方式。
前几年有相关文献和报道开始提及了光纤包层光栅的概念，提到的制作方法与传统的光纤光栅制作方法类似，都是将光敏性物质曝光获得折射率调制，只不过针对光纤包层光栅，光纤的纤芯材料不具有光敏性而包层材料需具备光敏性，而这样的光纤的制作是困难的，且这类用曝光方式获得的光纤包层光栅与传统光纤光栅相比，在耦合性能上没有多少区别，因此限制了此类光纤包层光栅的广泛应用。在此，我们提出一种新型光纤包层光栅，可以有效解决上述问题与不足。
发明内容
本发明是针对光纤包层光栅实现光纤包层折射率调制而纤芯不受影响困难的问题，提出了一种填充型光纤包层光栅制作方法，避开光纤包层光栅制作上的难点，在光纤包层形成周期性空间，来获得折射率调制，同时比传统光纤光栅纤芯折射率调制具有更好的灵敏性和精确度。
本发明的技术方案为：一种填充型光纤包层光栅制作方法，上下两层为光纤包层，中间为光纤纤芯，在光纤包层上绕光纤轴形成周期性空间，形成包层起伏型光栅，被测物质填充周期性空间。
所述周期性空间可通过光刻或激光加工方法绕光纤轴周期性刻制凹槽，被测物质填充凹槽。
所述周期性空间可为有规则的密闭的周期性空气圈，等效为光栅结构，光纤成型后在光栅区打微孔，被测物质渗透或注入光栅空气圈内。
所述周期性空间由易被溶解腐蚀的物质形成有规则的密闭的周期性光栅，光纤成型后在光栅区打微孔，然后用化学溶剂溶解周期性光栅内易被溶解腐蚀的物质，形成空白空间后用被测物质填充。
本发明的有益效果在于：本发明填充型光纤包层光栅制作方法，利用光纤模式耦合的耦合强度或谐振波长的漂移量直接感知包层折射率调制的调制强度（即被测物质的折射率或折射率变化量），在物质折射率测量或传感方面比传统光纤光栅以及曝光法制作的光纤包层光栅具有更好的灵敏性和精确度，以及更广泛的适用范围。
附图说明
图1为本发明直接填充型光纤包层光栅结构剖面示意图；
图2为本发明空气圈注入型光纤包层光栅结构剖面示意图。
具体实施方式
在此提出一种新类型的光纤光栅——填充型光纤包层光栅，即折射率调制发生在光纤包层。理论研究发现，光纤包层光栅纤芯模与包层模耦合的耦合特性与传统的光纤光栅一样，换言之，针对此种类型的耦合，传统的长周期光纤纤芯光栅可由长周期的光纤包层光栅等效。研究还发现纤芯模的正反向耦合有所减弱，但包层模的自耦合变强，且具有包层模的模式转换特性。此类新型光纤光栅相比传统的光纤光栅，在传感方面有更大的优越性，它的谐振波长与耦合强度可以直接依赖于包层折射率调制材料对环境的敏感性，能大大提高环境参数测量的灵敏度。
填充型光纤包层光栅，首先，将光纤包层制成包层起伏型结构的光栅，再用被测物质填充光栅的凹槽空间，达到折射率调制的效果，进而通过直接测量被填充物质的折射率来实现物质折射率的测量，或通过测量被填充物质折射率的变化量来达到传感的目的。
填充型光纤包层光栅可为直接填充型光纤包层光栅：此方案仅针对纤芯模的耦合，不涉及包层模，无需考虑包层模是否会泄露的问题，因此此种方案适用于短周期型的光纤包层光栅传感。如图1所示直接填充型光纤包层光栅结构剖面示意图，上下层为光纤包层1，中间为光纤纤芯2。首先在光纤包层1上通过光刻或激光加工等技术绕光纤轴6周期性刻制凹槽，凹槽深度接近光纤纤芯2，形成包层起伏型光栅，光栅深度接近光纤纤芯2即可，光栅周期5和光栅长度4由耦合谐振条件和所需耦合强度决定。然后应用时用被测物质3填充光栅空白空间，被测物可以是待测折射率材料，也可以是折射率对温度、浓度、压力应力以及其他物理化学生物参数敏感的材料。若被测物是气体光栅可直接放置在气体氛围中，若是液体需放置在盛有液体的容器中。
填充型光纤包层光栅也可为空气圈注入型光纤包层光栅：针对纤芯模和包层模耦合都适用，如图2所示空气圈注入型光纤包层光栅结构剖面示意图，上下层为光纤包层10，中间为光纤纤芯20。在制作光纤时，在光纤包层10需要绕光纤轴70形成周期性空气圈30，空气圈深度接近光纤纤芯20，等效为光栅结构，此光栅对环境是封闭的，光栅周期50与光栅长度40的设计同上，由耦合谐振条件和所需耦合强度决定，光纤成型后在栅区打微孔60，以使被测物质渗透或注入光栅空气圈30内。或为了易于制作，在光纤制作时用容易被溶解腐蚀的物质替代空气圈30结构，光栅周期50与光栅长度40设计同上，光纤成型后在栅区打微孔60，然后用化学溶剂溶解此物质，形成空白空间后用被测物质填充。

Claims (4)

1.一种填充型光纤包层光栅制作方法，其特征在于，上下两层为光纤包层，中间为光纤纤芯，在光纤包层上绕光纤轴形成周期性空间，形成包层起伏型光栅，被测物质填充周期性空间。
2.根据权利要求1所述填充型光纤包层光栅制作方法，其特征在于，所述周期性空间可通过光刻或激光加工方法绕光纤轴周期性刻制凹槽，被测物质填充凹槽。
3.根据权利要求1所述填充型光纤包层光栅制作方法，其特征在于，所述周期性空间可为有规则的密闭的周期性空气圈，等效为光栅结构，光纤成型后在光栅区打微孔，被测物质渗透或注入光栅空气圈内。
4.根据权利要求1所述填充型光纤包层光栅制作方法，其特征在于，所述周期性空间由易被溶解腐蚀的物质形成有规则的密闭的周期性光栅，光纤成型后在光栅区打微孔，然后用化学溶剂溶解周期性光栅内易被溶解腐蚀的物质，形成空白空间后用被测物质填充。
CN2013104266480A 2013-09-18 2013-09-18 一种填充型光纤包层光栅制作方法 Pending CN103439764A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013104266480A CN103439764A (zh) 2013-09-18 2013-09-18 一种填充型光纤包层光栅制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013104266480A CN103439764A (zh) 2013-09-18 2013-09-18 一种填充型光纤包层光栅制作方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103439764A true CN103439764A (zh) 2013-12-11

Family

ID=49693467

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2013104266480A Pending CN103439764A (zh) 2013-09-18 2013-09-18 一种填充型光纤包层光栅制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103439764A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105334566A (zh) * 2015-10-22 2016-02-17 重庆理工大学 点状凹槽型光纤包层表面Bragg光栅
CN105353458A (zh) * 2015-10-22 2016-02-24 重庆理工大学 线状沟槽型光纤包层表面Bragg光栅
CN111157490A (zh) * 2020-01-08 2020-05-15 暨南大学 一种微纳光纤长周期光栅折射率传感器
CN113625388A (zh) * 2021-07-05 2021-11-09 哈尔滨工程大学 一种新型的毛细管光纤光栅及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101281274A (zh) * 2008-05-13 2008-10-08 北京理工大学 一种光纤包层光栅
CN201637666U (zh) * 2009-10-23 2010-11-17 东华大学 一种溶液浓度动态测量仪
CN102183485A (zh) * 2010-12-17 2011-09-14 重庆大学 一种基于长周期光纤光栅的甲烷传感装置
CN102706825A (zh) * 2012-06-26 2012-10-03 东北大学秦皇岛分校 一种利用光纤光栅测量化学溶液浓度的方法及系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101281274A (zh) * 2008-05-13 2008-10-08 北京理工大学 一种光纤包层光栅
CN201637666U (zh) * 2009-10-23 2010-11-17 东华大学 一种溶液浓度动态测量仪
CN102183485A (zh) * 2010-12-17 2011-09-14 重庆大学 一种基于长周期光纤光栅的甲烷传感装置
CN102706825A (zh) * 2012-06-26 2012-10-03 东北大学秦皇岛分校 一种利用光纤光栅测量化学溶液浓度的方法及系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陈娜: "《硕士学位论文》", 15 August 2007, article "新型包层折射率调制光纤光栅的理论研究" *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105334566A (zh) * 2015-10-22 2016-02-17 重庆理工大学 点状凹槽型光纤包层表面Bragg光栅
CN105353458A (zh) * 2015-10-22 2016-02-24 重庆理工大学 线状沟槽型光纤包层表面Bragg光栅
CN111157490A (zh) * 2020-01-08 2020-05-15 暨南大学 一种微纳光纤长周期光栅折射率传感器
CN113625388A (zh) * 2021-07-05 2021-11-09 哈尔滨工程大学 一种新型的毛细管光纤光栅及其制备方法
CN113625388B (zh) * 2021-07-05 2024-03-26 哈尔滨工程大学 一种新型的毛细管光纤光栅及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Huang et al. A diaphragm-type fiber Bragg grating pressure sensor with temperature compensation
CN102829893B (zh) 一种通过腐蚀得到不同直径光纤光栅来同时测量温度和应力的方法
CN205940607U (zh) 基于多模光纤模间干涉和fbg的温度和折射率传感器
Johny et al. Optical fibre-based sensors for oil and gas applications
CN107121158B (zh) 一种内封式悬臂梁光纤光栅传感器
CN206974565U (zh) 一种基于选择填充光子晶体光纤的温度与应力同时测量的双参数传感器
CN103439764A (zh) 一种填充型光纤包层光栅制作方法
Mesquita et al. Groundwater level monitoring using a plastic optical fiber
CN205262638U (zh) 用于对温度和应变同时测量的双芯光子晶体光纤传感器
CN109406528B (zh) 一种用于检测钢筋腐蚀的光纤传感装置及其温度补偿方法
CN104154883A (zh) 一种基于倾斜光纤光栅熔融拉锥结构的倾角测量传感器
CN109632133A (zh) 一种基于光纤的温度测量装置及方法
CN104697682A (zh) 一种光纤光栅测力方法及传感器
Li et al. Simultaneous measurement of RI and temperature based on a composite interferometer
Su et al. Double-parameters optical fiber sensor based on spherical structure and multimode fiber
CN105387968A (zh) 光纤包层表面Bragg光栅温度自补偿压力传感器
de Oliveira et al. Prototype of a sensor for simultaneous monitoring of water level and temperature of rivers in the Amazon using FBG
Fu et al. Multiparameter sensor based on DCF composite tapered structure cascaded LPFGs for the simultaneous measurement of refractive index, temperature, and axial strain
CN101923057B (zh) Botdr光纤腐蚀传感器
Dreyer et al. A technique to package fiber Bragg grating sensors for strain and temperature measurements
CN102364313B (zh) 基于球形端面光纤微麦克逊干涉的高温传感方法
CN107300363A (zh) 一种正四面体光纤光栅三维应变检测结构体
CN102706825B (zh) 一种利用光纤光栅测量化学溶液浓度的方法及系统
Xin et al. Sensing Characteristics of Side‐Hole Fiber‐Based Long‐Period Grating
Macheso et al. Roles of Optical Fiber Sensors in the Internet of Things: Applications and Challenges

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20131211