CN202886770U - 全光纤化微型加热器 - Google Patents

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孙婷婷
赵立龙
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Abstract

本实用新型公开了一种全光纤化微型加热器。该加热器包括输出能量及波长可调谐的激光光源（1）、写有倾斜光栅的光纤纤芯（2）、单模光纤包层（4）、以及包覆在光纤包层（4）表面的加热层（3）。可用于对光纤光栅的调谐和生物传感领域。当激光在光纤中传输经过光栅区域时，前向传输的纤芯模式向后向传输的包层模式或辐射模耦合，激光能量被导出纤芯，被加热层材料吸收后转化为热能。温度沿光纤长度方向在光栅区形成一定分布，从而实现对光栅区折射率的调谐，进而对布拉格谐振峰波长和透射谱实现调谐。通过设计加热层的厚度和分布，可以控制加热区域，进而实现对光栅谱型的调谐。

Description

全光纤化微型加热器
技术领域
本实用新型涉及一种全光纤化微型加热器，可用于对光纤光栅的调谐和生物传感领域。
背景技术
在光纤通信和光纤传感技术中，各种光纤器件，如光纤光栅、光纤滤波器等发挥了重要的作用。这些器件的可调谐特性是实际应用中十分值得关注的性能，实际应用中要求可以调谐其谐振峰位置。尤其在密集波分复用通信系统中，需要可调谐的啁啾光纤光栅色散补偿器件消除系统中色散的影响。为解决上述问题，研究人员提出了基于机械应力方法和基于外部加热方法实现对光纤光栅进行调谐的方案。但是上述方法通常涉及到比较复杂和相对体积较大的装置，因此限制了在某些领域，如生物传感方面的应用。
发明内容
本实用新型主要解决的技术问题是提供一种全光纤化微型加热器，其方便制作，结构紧凑、应用灵活，适用于实际工程项目的需要。
本实用新型技术方案如下：
包括输出能量及波长可调谐的光源1、写有倾斜光栅的光纤纤芯2、单模光纤包层4、以及包覆在光纤包层4表面的加热层3。
优选的是，所述激光光源波长可调谐，工作时与倾斜光纤光栅包层模谐振峰一致。
优选的是，所述激光光源输出功率可以在一定范围进行调节。
优选的是，所述倾斜光栅的倾角在4度到45度之间。
优选的是，所述加热层为金属薄膜（金或银等）或石墨等吸热物质，应具有较高的热光系数。
所述加热层的厚度均匀分布或厚度呈梯度分布。(梯度分布如沿着激光传输方向加热层厚度线性递增或递减、沿激光传输方向加热层厚度指数递增或递减等)，通过调节加热层厚度和厚度梯度，实现对加热区域和温度分布的灵活控制。
本实用新型的有益效果：
本实用新型提供一种全光纤化微型加热器件，其方便制作，结构紧凑、应用灵活，适用于实际工程项目的需要。
倾斜光栅属于短周期光纤光栅，其光栅平面与光纤光轴之间有轻微的倾斜，它与普通光纤光栅的制作方法相同。倾斜光栅相对于普通光纤光栅不同之处是，它可以将纤芯中前向传输的基模耦合到后向传输的包层模和辐射模中。将能量导出纤芯。利用这一性质，可以将纤芯中传输的激光能量引出光纤，被加热层材料吸收后转化成热能，进而实现对布拉格谐振峰的调谐。由此，本实用新型设计实现全光纤化的微型加热器件。
附图说明
图1是本实用新型全光纤化微型加热器的一较佳实施例的结构示意图；
图2 是倾斜光栅布拉格谐振峰随输入激光功率的变化（激光功率为0到250毫瓦）。
图中：1-输出能量及波长可调谐的光源；2-写有倾斜光栅的光纤纤芯； 3-加热层；4-单模光纤包层。
具体实施方式
如图1所示，全光纤化微型加热器的工作方式是：调谐激光光源输出波长与倾斜光纤光栅包层谐振峰波长一致，使激光注入写有倾斜光纤光栅的单模光纤。当激光在光纤中传输经过光栅区域时，前向传输的纤芯模式向后向传输的包层模式或辐射模耦合，激光能量被导出纤芯，被加热层材料吸收后转化为热能。温度沿光纤长度方向在光栅区形成一定分布，从而实现对光栅区折射率的调谐，进而对布拉格谐振峰波长和透射谱实现调谐。通过设计加热层的厚度和分布，可以控制加热区域，进而实现对温度分布和光栅谱型的调谐。
一定参数条件下，对所述微型加热器进行加热效果测试。所选用的倾斜光纤光栅倾角为4度，室温(25摄氏度)下光栅布拉格谐振峰位于1587nm附近。光栅区域覆盖厚度均匀的金膜，镀膜厚度为200nm。将上述参数的微型加热器放入内径为2mm的玻璃毛细管中，并在加热区注入长度为6cm的水柱，利用光谱仪监测布拉格谐振峰的漂移对微型加热器效果进行测试。图2为加热器工作时，倾斜光栅布拉格谐振峰波长随输入激光功率(0~250mW)的变化。当输入激光功率为250mW时，倾斜光栅布拉格谐振峰波长为1587.6nm，与室温条件下谐振波长相比漂移0.6nm。由于倾斜光栅的布拉格谐振峰与普通布拉格光纤光栅谐振峰具有相同的温度特性：在温度升高时谐振峰向长波长移动，且移动速率为10pm/℃，因此对于本专利所述微型加热器，可以根据倾斜光栅布拉格谐振峰波长的移动监测温度变化。输入激光功率为250mW时，加热器附近水温比加热前(室温25℃)提高约60℃。为验证测试结果的准确性，将热电偶温度计的电极插入毛细管水柱区，测量温度为84.9℃，测量结果与布拉格谐振峰变化一致。
本实用新型全光纤化微型加热器，其方便制作，结构紧凑、应用灵活，适用于实际工程项目的需要。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种全光纤化微型加热器，其特征在于：该微型加热器包括输出能量及波长可调谐的激光光源（1）、写有倾斜光栅的光纤纤芯（2）、单模光纤包层（4）、以及包覆在光纤包层（4）表面的加热层（3）。
2.根据权利要求1所述的全光纤化微型加热器，其特征在于：所述激光光源波长可调。
3.根据权利要求1所述的全光纤化微型加热器，其特征在于：所述激光光源输出功率可调。
4.根据权利要求1所述的全光纤化微型加热器，其特征在于：所述倾斜光栅的倾角在4度到45度之间。
5.根据权利要求1所述的全光纤化微型加热器，其特征在于：所述加热层（3）为金属薄膜或为石墨层。
6.据权利要求1所述的全光纤化微型加热器，其特征在于：所述加热层（3）的厚度均匀分布或厚度呈梯度分布。
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