CN114624818B - 光纤光栅装置以及传感设备 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种光纤光栅装置以及传感设备。其中，该装置包括：通过依次连接的第一光纤、具有光栅功能的光波组件和第二光纤，所述光波组件包括第一基板、第一超透镜组件、第一滤波片以及第二基板，所述第一光纤、所述光波组件和所述第二光纤在同一水平面上，当光从所述第一光纤入射经过所述光波组件，并出射至所述第二光纤，从而降低了生产成本，并且不需要使用特定的工艺独立制造光纤光栅，降低了制造光栅工艺复杂性，而且提高了光纤光栅的传感性能。

Description

光纤光栅装置以及传感设备
技术领域
本申请涉及传感器领域，具体涉及一种光纤光栅装置以及传感设备。
背景技术
目前，光纤光栅通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的光栅，是一种无源滤波器件。由于光纤光栅具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点，并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，因此在制作光纤激光器、光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。
传统的光纤光栅主要的制作方法是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅。但光纤光栅需要使用特定的工艺独立制造，导致制造成本较高、产量低及制造光栅工艺比较复杂，且纤芯的材料通常为二氧化硅，而二氧化硅的温度系数相对较小，使得光纤光栅的传感性能差。
发明内容
针对现有技术中的上述技术问题，本申请实施例提出了一种光纤光栅装置以及传感设备，以解决导致制造成本较高、产量低及制造光栅工艺比较复杂，且纤芯的材料通常为二氧化硅，而二氧化硅的温度系数相对较小，使得光纤光栅的传感性能差的问题。
本申请实施例的第一方面提供了一种光纤光栅装置，包括：
依次连接的第一光纤、具有光栅功能的光波组件和第二光纤；
所述光波组件包括第一基板、第一超透镜组件、第一滤波片以及第二基板，所述第一光纤、所述光波组件和所述第二光纤在同一水平面上，当光从所述第一光纤入射经过所述光波组件，并出射至所述第二光纤。
可选地，依次连接的所述第一基板、所述第一超透镜组件、所述第一滤波片以及所述第二基板，所述第一基板、所述第一超透镜组件、所述第一滤波片以及所述第二基板沿着所述第一光纤在同一轴线上，所述第二基板与所述第二光纤连接。
可选地，所述第一超透镜组件包括所述第一超透镜或所述第一超透镜和所述第二滤波片。
可选地，所述第一超透镜组件还包括保护膜，所述第二滤波片设置于所述第一超透镜表面上，所述保护膜将所述第二滤波片和所述第一超透镜完全包裹。
可选地，当所述第一滤波片设置于所述基板上，依次连接的所述第一光纤、所述第一基板、所述第一滤波片、所述第一超透镜组件、所述第二基板以及所述第二光纤；
或当所述第一滤波片设置于所述第一光纤上，依次连接的所述第一光纤、所述第一滤波片、所述第一基板、所述第一超透镜组件、所述第二基板以及所述第二光纤。
可选地，还包括第二超透镜，所述第二超透镜设置在所述第一滤波片和所述第二基板之间，且所述第二超透镜分别与所述第一滤波片和所述第二基板连接。
可选地，还包括第三超透镜，所述第三超透镜与所述第一超透镜并列设置在所述第一基板和所述第一滤波片之间，或者；
所述第三超透镜与所述第二超透镜并列设置在所述第二基板和所述第一滤波片之间；
所述第三超透镜与所述第一超透镜之间形成第一超透镜阵列，或者，所述第三超透镜与所述第二超透镜之间形成第二超透镜阵列。
可选地，还包括第二滤波片和相位延迟片，所述第二滤波片与所述第一滤波片并排设置形成滤波片阵列，所述滤波片阵列与所述第一超透镜阵列对应设置，所述相位延迟片设置在所述第二基板和所述第二超透镜之间；或者，
所述第二滤波片设置在所述第一光纤和所述第一基板之间，所述第一滤波片与所述相位延迟片并排设置且与所述第一超透镜阵列对应设置。
本申请实施例的第二方面提供了一种传感设备，包括上述任意一项所述的光纤光栅装置。
可选地，还包括第一光波导和第二光波导；
依次连接的第一光纤、具有光栅功能的光波组件和所述第一光波导或第二光波导；或者，
依次连接的所述第一光波导、具有光栅功能的光波组件和第二光波导。
本申请通过依次连接的第一光纤、具有光栅功能的光波组件和第二光纤，所述光波组件包括第一基板、第一超透镜组件、第一滤波片以及第二基板，所述第一光纤、所述光波组件和所述第二光纤在同一水平面上，当光从所述第一光纤入射经过所述光波组件，并出射至所述第二光纤，从而降低了生产成本，并且不需要使用特定的工艺独立制造光纤光栅，降低了制造光栅工艺复杂性，而且提高了光纤光栅的传感性能。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本申请的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本申请进行任何限制，在附图中：
图1是根据本申请的一些实施例所示的一种光纤光栅装置示意图；
图2是根据本申请的一些实施例所示的一种光纤光栅装置的另一示意图；
图3是根据本申请的一些实施例所示的一种光纤光栅装置的又一示意图；
图4是根据本申请的一些实施例所示的一种光纤光栅装置的另外示意图；
图5是根据本申请的一些实施例所示的一种光纤光栅装置的又一示意图；
图6是根据本申请的一些实施例所示的一种光纤光栅装置的又一示意图；
图7是根据本申请的一些实施例所示的一种光纤光栅装置的又一示意图。
以下为本申请主要部件的名称和标号：
第一光纤100
光波组件200、第一基板210、第一超透镜组件220、第一滤波片230、第二基板240、第一超透镜222、第二超透镜250、第三超透镜260、保护膜221、第二滤波片223；
第二光纤300；
相位延迟片400。
具体实施方式
在下面的详细描述中，通过示例阐述了本申请的许多具体细节，以便提供对相关披露的透彻理解。然而，对于本领域的普通技术人员来讲，本申请显而易见的可以在没有这些细节的情况下实施。应当理解的是，本申请中使用“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”术语，是用于区分在顺序排列中不同级别的不同部件、元件、部分或组件的一种方法。然而，如果其他表达式可以实现相同的目的，这些术语可以被其他表达式替换。
应当理解的是，当设备、单元或模块被称为“在……上”、“连接到”或“耦合到”另一设备、单元或模块时，其可以直接在另一设备、单元或模块上，连接或耦合到或与其他设备、单元或模块通信，或者可以存在中间设备、单元或模块，除非上下文明确提示例外情形。例如，本申请所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列条目的任何一个和所有组合。
本申请所用术语仅为了描述特定实施例，而非限制本申请范围。如本申请说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，而该类表述并不构成一个排它性的罗列，其他特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件也可以包含在内。
参看下面的说明以及附图，本申请的这些或其他特征和特点、操作方法、结构的相关元素的功能、部分的结合以及制造的经济性可以被更好地理解，其中说明和附图形成了说明书的一部分。然而，可以清楚地理解，附图仅用作说明和描述的目的，并不意在限定本申请的保护范围。可以理解的是，附图并非按比例绘制。
本申请中使用了多种结构图用来说明根据本申请的实施例的各种变形。应当理解的是，前面或下面的结构并不是用来限定本申请。本申请的保护范围以权利要求为准。
如图1所示，本申请提供了一种光纤光栅装置，包括依次连接的第一光纤100、具有光栅功能的光波组件200和第二光纤300，所述光波组件200包括第一基板210、第一超透镜组件220、第一滤波片230以及第二基板240，所述第一光纤100、所述光波组件200和所述第二光纤300在同一轴线上，当光从所述第一光纤100入射经过所述光波组件200，并出射至所述第二光纤300。从而降低了生产成本，并且不需要使用特定的工艺独立制造光纤光栅，降低了制造光栅工艺复杂性，而且提高了光纤光栅的传感性能。本申请可以通过更换第一滤波片230的材料，从而能够灵活的调节传感性能。
可选地，所述第一光纤100、所述光波组件200和所述第二光纤300在同一水平面上，且所述第一光纤100、所述光波组件200和所述第二光纤300之间与所述第一超透镜组件220之间的光轴是不重合的，即所述第一光纤100、所述光波组件200和所述第二光纤300之间与所述第一超透镜组件220之间是具有夹角，夹角的存在，使得光从光波组件200出射到所述第一超透镜组件220上不会发生再部分将光反射回光波组件200上，避免了光损失。
需要说明的是，本申请中的光纤光栅可以用来制造应变传感器和温度传感器等，光纤光栅还可以用来制造带通滤波器、分插复用器和波分复用器的解复用器等器件，而且这些器件都是均匀的光纤光栅。当然还可以制造均匀长周期光纤光栅，如微弯传感器、折射率传感器等传感器，掺饵光纤放大器、增益平坦器、模式转换器、带阻滤波器等器件；其中还可以制造切趾光纤光栅，如密集波分复用器；制造相移光纤光栅，如带通滤波器；制造取样光纤光栅，如梳状滤波器，在波分复用（wdm）系统中的分插复用器件；制造啁啾光纤光栅，如色散补偿器；制造大啁啾光纤光栅，其中，色散补偿（脉冲展宽/压缩）是超快激光器领域的核心关键技术之一，多波长光源的稳定合成、短光纤激光的整形、以及制作稳定连续波和可调锁模外腔半导体激光器。光纤光栅传感解调技术中，也需要用到具有特殊反射波形的大啁啾光纤光栅。
在一种实施例中，依次连接的所述第一基板210、所述第一超透镜组件220、所述第一滤波片230以及所述第二基板240，所述第一基板210、所述第一超透镜组件220、所述第一滤波片230以及所述第二基板240沿着所述第一光纤100在同一轴线上，所述第二基板240与所述第二光纤300连接。
在一种实施例中，所述第一超透镜组件220包括所述第一超透镜222或所述第一超透镜222和所述第二滤波片223，以及保护膜221。具体地，当所述第一超透镜组件220包括所述第一超透镜222和所述第二滤波片223时，则所述第二滤波片223设置于所述第一超透镜222表面上，所述保护膜221将所述第二滤波片223和所述第一超透镜222完全包裹，此时，可以将第一滤波片230移除，即光波组件200包括第一基板210、第一超透镜222、所述第二滤波片223以及第二基板240。将所述第二滤波片223设置于所述第一超透镜222表面上，第一滤波片230移除，可以节省成本，并使光波组件200的空间扩大，能够增设其他部件，其中，第一基板210和第二基本能够增加透光厚度，调节焦距。
如图2和图3所示，在一种实施例中，当所述第一滤波片230设置于所述基板上，依次连接的所述第一光纤100、所述第一基板210、所述第一滤波片230、所述第一超透镜组件220、所述第二基板240以及所述第二光纤300；或当所述第一滤波片230设置于所述第一光纤100上，依次连接的所述第一光纤100、所述第一滤波片230、所述第一基板210、所述第一超透镜组件220、所述第二基板240以及所述第二光纤300。具体地，当所述第一基板210上设有第一滤波片230时，可以节省成本，并使光波组件200的空间扩大，能够增设其他部件；当第一滤波片230设置于所述第一光纤100上时，可以实现光纤传感作用，从而提升了传感性能。
如图4所示，在一种实施例中，还包括第二超透镜250，所述第二超透镜250设置在所述第一滤波片230和所述第二基板之间，且所述第二超透镜250分别与所述第一滤波片230和所述第二基板连接。通过第一超透镜和第二超透镜250的设置，使得光准直入射和出射第一滤波片230，角度90度，再加上第一滤波片230能够随时更换最合适的材料，从而提高了传感性能。
如图5所示，在一种实施例中，还包括第三超透镜260，所述第三超透镜260与所述第一超透镜并列设置在所述第一基板210和所述第一滤波片230之间，或者，所述第三超透镜260与所述第二超透镜250并列设置在所述第二基板240和所述第一滤波片230之间。具体地，通过设置第三超透镜260，且让所述第三超透镜260与所述第一超透镜之间形成第一超透镜阵列，或所述第三超透镜260与所述第二超透镜250之间形成第二超透镜250阵列，使得光准直效率更高，从而影响到传感性能。
如图6所示和图7所示，在一种实施例中，还包括第二滤波片223和相位延迟片400，所述第二滤波片223与所述第一滤波片230并排设置形成滤波片阵列，所述滤波片阵列与所述第一超透镜阵列对应设置，所述相位延迟片400设置在所述第二基板240和所述第二超透镜之间，从而在同一装置中能够获得不同波长的光栅效果，一个装置能够实现多个光栅效果，使得装置的传感和/或通信性能极大提升；或者，
所述第二滤波片223设置在所述第一光纤100和所述第一基板210之间，所述第一滤波片230与所述相位延迟片400并排设置且与所述第一超透镜阵列对应设置，通过所述第一滤波片230与所述相位延迟片400最终能够使线偏振转化为圆偏振变，同时还能实现光栅的效果，集多功能于一体，给用户带来了方便。
本申请还提供了一种传感设备，包括上述任意一项实施例所述的光纤光栅装置，该装置包括第一光波导和第二光波导；依次连接的第一光纤、具有光栅功能的光波组件和所述第一光波导或第二光波导；或者，依次连接的所述第一光波导、具有光栅功能的光波组件和第二光波导。本申请传感设备生产成本低，并且不需要使用特定的工艺独立制造光纤光栅，降低了制造光栅工艺复杂性，而且提高了光纤光栅的传感性能。
应当理解的是，本申请的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本申请的原理，而不构成对本申请的限制。因此，在不偏离本申请的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。此外，本申请所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种光纤光栅装置，其特征在于，包括：
依次连接的第一光纤、具有光栅功能的光波组件和第二光纤；
所述光波组件包括第一基板、第一超透镜组件、第一滤波片以及第二基板，所述第一光纤、所述光波组件和所述第二光纤在同一水平面上，当光从所述第一光纤入射经过所述光波组件，并出射至所述第二光纤；
所述第一光纤、所述光波组件和所述第二光纤所在的水平面与所述第一超透镜组件的光轴不重合，所述第一光纤、所述光波组件和所述第二光纤所在的水平面与所述第一超透镜组件的光轴具有夹角。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅装置，其特征在于，依次连接的所述第一基板、所述第一超透镜组件、所述第一滤波片以及所述第二基板，所述第一基板、所述第一超透镜组件、所述第一滤波片以及所述第二基板沿着所述第一光纤在同一轴线上，所述第二基板与所述第二光纤连接。
3.根据权利要求1所述的光纤光栅装置，其特征在于，所述第一超透镜组件包括第一超透镜或第一超透镜和第二滤波片。
4.根据权利要求3所述的光纤光栅装置，其特征在于，所述第一超透镜组件还包括保护膜，所述第二滤波片设置于所述第一超透镜表面上，所述保护膜将所述第二滤波片和所述第一超透镜完全包裹。
5.根据权利要求1所述的光纤光栅装置，其特征在于，当所述第一滤波片设置于所述基板上，依次连接的所述第一光纤、所述第一基板、所述第一滤波片、所述第一超透镜组件、所述第二基板以及所述第二光纤；
或当所述第一滤波片设置于所述第一光纤上，依次连接的所述第一光纤、所述第一滤波片、所述第一基板、所述第一超透镜组件、所述第二基板以及所述第二光纤。
6.根据权利要求1所述的光纤光栅装置，其特征在于，还包括第二超透镜，所述第二超透镜设置在所述第一滤波片和所述第二基板之间，且所述第二超透镜分别与所述第一滤波片和所述第二基板连接。
7.根据权利要求6所述的光纤光栅装置，其特征在于，还包括第三超透镜，所述第三超透镜与所述第一超透镜并列设置在所述第一基板和所述第一滤波片之间，或者；
所述第三超透镜与所述第二超透镜并列设置在所述第二基板和所述第一滤波片之间；
所述第三超透镜与所述第一超透镜之间形成第一超透镜阵列或者；所述第三超透镜与所述第二超透镜之间形成第二超透镜阵列。
8.根据权利要求7所述的光纤光栅装置，其特征在于，还包括第二滤波片和相位延迟片，所述第二滤波片与所述第一滤波片并排设置形成滤波片阵列，所述滤波片阵列与所述第一超透镜阵列对应设置，所述相位延迟片设置在所述第二基板和所述第二超透镜之间；或者，
所述第二滤波片设置在所述第一光纤和所述第一基板之间，所述第一滤波片与所述相位延迟片并排设置且与所述第一超透镜阵列对应设置。
9.一种传感设备，其特征在于，包括权利要求1至8任意一项所述的光纤光栅装置。
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