CN106289340A - 一种基于tfbg‑spr的多通道光纤传感器 - Google Patents

一种基于tfbg‑spr的多通道光纤传感器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于TFBG‑SPR的多通道光纤传感器，由宽带光源，偏振控制器，第一传感器，第一铬‑金膜，第一TFBG，第二传感器，第二铬‑金膜，第二TFBG，第三传感器，第三铬‑金膜，第三TFBG，光谱仪组成。宽带光源发射波长1500nm～1570nm的光，通过偏振控制器调整偏振态后沿传输光纤入射第一传感器。当入射光传输至第一传感器时，激发出大量的沿反向传输的包层模，当入射光继续传输至第二传感器时，激发出大量的沿反向传输的包层模，当入射光继续传输至第三传感器时，激发出大量的沿反向传输的包层模，光谱仪检测到总的透射光谱的信息。

Description

一种基于TFBG-SPR的多通道光纤传感器
本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于TFBG-SPR的多通道光纤传感器技术领域。
背景技术
当入射光传输至TFBG倾斜的光栅面时，满足布拉格反射条件的光被反射回在纤芯中传输，绝大多数的光被反射进光纤的包层，从而激发出大量的沿反向传输的包层模。被激发出的包层模能够与外界环境产生强烈的作用，对外界折射率、温度、等环境变化非常敏感，因此，TFBG在一些传感方面具有独特的优势。
TFBG-SPR传感器，具有温度交叉敏感性最小的特点同时又保证了光纤结构的完整性。目前的传感器只有单个通道传输信息的功能，对比多通道传输，其传输的数据量以及便捷性都有所欠缺。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于TFBG-SPR的多通道光纤传感器，通过改变每个传感器中的TFBG的倾斜角来改变这个传感器工作的中心波长，该结构易于实现。
本发明通过以下技术方案实现：一种基于TFBG-SPR的多通道光纤传感器，由宽带光源(1)，偏振控制器(2)，第一传感器(3)，第一铬-金膜(4)，第一TFBG(5)，第二传感器(6)，第二铬-金膜(7)，第二TFBG(8)，第三传感器(9)，第三铬-金膜(10)，第三TFBG(11)，光谱仪(12)组成，其特征在于：光源(1)和偏振控制器(2)用传输光纤相连，偏振控制器(2)通过传输光纤与第一传感器(3)左端相连，第一传感器(3)右端通过传输光纤与第二传感器(6)左端相连，第二传感器(6)右端通过传输光纤与第三传感器(9)左端相连，第三传感器(9)右端通过传输光纤与光谱仪(12)相连。
所述的第一传感器(3)用一个纤芯刻有第一TFBG(5)的标准的单模光纤构成，单模光纤型号为康宁SMF-28，表面均匀镀上第一铬-金膜(4)，膜的厚度约为50nm，工作波长为1500nm-1570nm。
所述的第一TFBG(5)的倾斜角为4.5°，长度为1cm，与第二TFBG(8)相距3cm。
所述的第二传感器(6)用一个纤芯刻有第二TFBG(8)的标准的单模光纤构成，单模光纤型号为康宁SMF-28，表面均匀镀上第二铬-金膜(7)，膜的厚度约为50nm，工作波长为1500nm-1570nm。
所述的第二TFBG(8)的倾斜角为6°，长度为1cm，与第三TFBG(11)相距3cm。
所述的第三传感器(9)用一个纤芯刻有第三TFBG(11)的标准的单模光纤构成，单模光纤型号为康宁SMF-28，表面均匀镀上第三铬-金膜(10)，膜的厚度约为50nm，工作波长为1500nm-1570nm。
所述的第三TFBG(11)的倾斜角为4°，长度为1cm。
所述的光谱仪(12)型号为Si720。
本发明的工作原理是：宽带光源(1)发射波长1500nm～1570nm的光束，通过偏振控制器(2)调整偏振态后沿传输光纤入射第一传感器(3)。由于第一传感器(3)内刻有第一TFBG(5)，当入射光传输至第一TFBG(5)倾斜的光栅面时，满足布拉格反射条件的光被反射回在纤芯中传输，从而激发出大量的沿反向传输的包层模，当入射光继续传输至第二TFBG(8)倾斜的光栅面时，满足布拉格反射条件的光被反射回在纤芯中传输，激发出大量的沿反向传输的包层模，当入射光继续传输至第三TFBG(11)倾斜的光栅面时，满足布拉格反射条件的光被反射回在纤芯中传输，从而激发出大量的沿反向传输的包层模，光谱仪(12)检测到入射光传输至第一传感器(3)，第二传感器(6)、第三传感器(9)之后总的透射光谱的信息(参见附图2)。
入射光传输至每个传感器后所激发的包层模的开始波长可以根据以下公式计算出：
λ s t a r t = λ B r a g g 2 ( 1 + n c l a d n e f f ) - - - ( 1 )
式中，λstart表示包层模开始耦合的波长，λBragg表示布拉格共振波长，neff表示在λBragg时的纤芯的有效折射率，nclad表示包层的有效折射率。
在TFBG中传播的光的偏振状况分别定义为P偏振态和S偏振态，P偏振态的极化方向是平行于光栅面，S偏振态的极化方向是垂直于光栅平面，P偏振态比S态损耗大，当入射光偏振态为S偏振态时该传感器开启，为P态时该传感器关闭。
本发明的有益效果是：(1)建立了多通道的TFBG-SPR传感器，不用为了单独使用某个传感器而建立起完整的一套装置。(2)可以根据需求，通过调整偏振控制器调整光的偏振态来选择使用哪个传感器。因此，本发明为多通道的TFBG-SPR传感器提供了一种切实可行的方案。
附图说明
图1是一种基于TFBG-SPR的多通道光纤传感器的系统原理图。
图2是一种基于TFBG-SPR的多通道光纤传感器的透射光谱图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
参见附图1，一种基于TFBG-SPR的多通道光纤传感器，由宽带光源(1)，偏振控制器(2)，第一传感器(3)，第一铬-金膜(4)，第一TFBG(5)，第二传感器(6)，第二铬-金膜(7)，第二TFBG(8)，第三传感器(9)，第三铬-金膜(10)，第三TFBG(11)，光谱仪(12)组成，其特征在于：光源(1)和偏振控制器(2)用传输光纤相连，偏振控制器(2)通过传输光纤与第一传感器(3)左端相连，第一传感器(3)右端通过传输光纤与第二传感器(6)左端相连，第二传感器(6)右端通过传输光纤与第三传感器(9)左端相连，第三传感器(9)右端通过传输光纤与光谱仪(12)相连；第一传感器(3)用一个纤芯刻有第一TFBG(5)的标准的单模光纤构成，单模光纤型号为康宁SMF-28，表面均匀镀上第一铬-金膜(4)，膜的厚度约为50nm，工作波长为1500nm-1570nm；第一TFBG(5)的倾斜角为4.5°，长度为1cm，与第二TFBG(8)相距3cm；第二传感器(6)用一个纤芯刻有第二TFBG(8)的标准的单模光纤构成，单模光纤型号为康宁SMF-28，表面均匀镀上第二铬-金膜(7)，膜的厚度约为50nm，工作波长为1500nm-1570nm；第二TFBG(8)的倾斜角为6°，长度为1cm，与第三TFBG(11)相距3cm；第三传感器(9)用一个纤芯刻有第三TFBG(11)的标准的单模光纤构成，单模光纤型号为康宁SMF-28，表面均匀镀上第三铬-金膜(10)，膜的厚度约为50nm，工作波长为1500nm-1570nm；第三TFBG(11)的倾斜角为4°，长度为1cm；光谱仪(12)型号为Si720。
本发明的工作原理是：宽带光源(1)发射波长1500nm～1570nm的光束，通过偏振控制器(2)调整偏振态后沿传输光纤入射第一传感器(3)。由于第一传感器(3)内刻有第一TFBG(5)，当入射光传输至第一TFBG(5)倾斜的光栅面时，满足布拉格反射条件的光被反射回在纤芯中传输，从而激发出大量的沿反向传输的包层模，当入射光继续传输至第二TFBG(8)倾斜的光栅面时，满足布拉格反射条件的光被反射回在纤芯中传输，激发出大量的沿反向传输的包层模，当入射光继续传输至第三TFBG(11)倾斜的光栅面时，满足布拉格反射条件的光被反射回在纤芯中传输，从而激发出大量的沿反向传输的包层模，光谱仪(12)检测到入射光传输至第一传感器(3)，第二传感器(6)、第三传感器(9)之后总的透射光谱的信息(参见附图2)。

Claims (8)

1.一种基于TFBG-SPR的多通道光纤传感器，由宽带光源(1)，偏振控制器(2)，第一传感器(3)，第一铬-金膜(4)，第一TFBG(5)，第二传感器(6)，第二铬-金膜(7)，第二TFBG(8)，第三传感器(9)，第三铬-金膜(10)，第三TFBG(11)，光谱仪(12)组成，其特征在于：光源(1)和偏振控制器(2)用传输光纤相连，偏振控制器(2)通过传输光纤与第一传感器(3)左端相连，第一传感器(3)右端通过传输光纤与第二传感器(6)左端相连，第二传感器(6)右端通过传输光纤与第三传感器(9)左端相连，第三传感器(9)右端通过传输光纤与光谱仪(12)相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于TFBG-SPR的多通道光纤传感器，其特征在于：所述的第一传感器(3)用一个纤芯刻有第一TFBG(5)的标准的单模光纤构成，单模光纤型号为康宁SMF-28，表面均匀镀上第一铬-金膜(4)，膜的厚度约为50nm，工作波长为1500nm-1570nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于TFBG-SPR的多通道光纤传感器，其特征在于：所述的第一TFBG(5)的倾斜角为4.5°，长度为1cm，与第二TFBG(8)相距3cm。
4.根据权利要求1所述的一种基于TFBG-SPR的多通道光纤传感器，其特征在于：所述的第二传感器(6)用一个纤芯刻有第二TFBG(8)的标准的单模光纤构成，单模光纤型号为康宁SMF-28，表面均匀镀上第二铬-金膜(7)，膜的厚度约为50nm，工作波长为1500nm-1570nm。
5.根据权利要求1所述的一种基于TFBG-SPR的多通道光纤传感器，其特征在于：所述的第二TFBG(8)的倾斜角为6°，长度为1cm，与第三TFBG(11)相距3cm。
6.根据权利要求1所述的一种基于TFBG-SPR的多通道光纤传感器，其特征在于：所述的第三传感器(9)用一个纤芯刻有第三TFBG(11)的标准的单模光纤构成，单模光纤型号为康宁SMF-28，表面均匀镀上第三铬-金膜(10)，膜的厚度约为50nm，工作波长为1500nm-1570nm。
7.根据权利要求1所述的一种基于TFBG-SPR的多通道光纤传感器，其特征在于：所述的第三TFBG(11)的倾斜角为4°，长度为1cm。
8.根据权利要求1所述的一种基于TFBG-SPR的多通道光纤传感器，其特征在于：所述的光谱仪(12)型号为Si720。
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