CN210953331U - 一种新型u形级联长周期光纤光栅传感器 - Google Patents

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刘云岗
王�琦
宋行
吴欧
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Abstract

本实用新型提供一种新型U形级联长周期光纤光栅传感器，采用两个长周期光纤光栅传感区与U形光纤级联结构，所述传感器包括一U形单模光纤，所述U形单模光纤两侧的直线段上分别对称设置有长周期光纤光栅传感区。本实用新型所述传感器，两个长周期光纤光栅传感区的存在可以提高灵敏度和半高全宽(FWHM)，U型结构既可以减小传感器的体积实现插入式测量，同时U型结构良好的对称性又可以利用CO2激光器同时制造两个完全相同的长周期光纤光栅传感区提高CO2激光器的利用率，降低生产成本，使得传感器在各领域的检测方面有着更为广泛的应用。

Description

一种新型U形级联长周期光纤光栅传感器
技术领域
本实用新型涉及涉及光纤传感器技术领域，具体为一种新型U形级联长周期光纤光栅传感器。
背景技术
近年来，随着光电子器件制造技术的不断进步，LPFG(长周期光纤光栅)已成为最有前途的光无源器件之一。在检测领域，LPFG传感器以其体积小、无后向反射、抗电磁干扰、响应快、灵敏度高、性能可靠等优点，在生物、农业、医药、环境和建筑等领域得到了广泛的应用。同时，为了提高LPFG传感器的检测性能，人们提出了多种方法。
然而，现有的小周期LPFG传感器采用飞秒激光或相位掩模制作成本太高。在氢氟酸腐蚀光纤熔覆层的过程中，不规范的操作会导致严重的事故。在光纤表面涂覆不同的薄膜和精确控制薄膜的厚度是复杂而困难的。相比较而言，CLPFG传感器更易于实现并获得更好的检测性能，例如在半最大值(FWHM)处窄的全宽度、更高的分辨率和折射率灵敏度。
CLPFG(级联长周期光纤光栅)在提高检测性能的同时也带来了一些问题。这种级联结构中的两个LPFGS几乎不能完全相同，因为在制造LPFGS的过程中不可避免地发生变化。LPFG传感器作为一种传输传感器，对应变和扭转敏感。级联结构直接使传感器探头长度增加一倍，使传感器在检测过程中更容易受到干扰。另外，双探头不适合在狭窄的空间应用。在某些液体的检测中，双敏感区需要更多的样品，这在样品稀少、价格昂贵的情况下是不合适的。而且，目前的基于传统原理检测的光纤传感已较为成熟，很难在测量灵敏度和精度上有很大突破，所以构建一个结构简单新颖，具有高灵敏度的光纤光栅传感结构具有很重要的意义。
实用新型内容
针对现有技术中传感器体积大，灵敏度低，测量所需样品多，难以同时制作相同的长周期光纤光栅传感器等问题，本实用新型提出了一种新型U形级联长周期光纤光栅传感器。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型U形级联长周期光纤光栅传感器，采用两个长周期光纤光栅传感区与U形光纤级联结构，所述传感器包括一U形单模光纤，所述U形单模光纤两侧的直线段上分别对称设置有长周期光纤光栅传感区。
进一步地，所述U形单模光纤的长度为25～40cm，U形单模光纤弯曲段曲率半径为0.5～15mm。
进一步地，每个长周期光纤光栅传感区与U形单模光纤弯曲段的距离为0～10mm。
进一步地，每个长周期光纤光栅传感区有25～40个点，光栅周期为500～700μm。
进一步地，每个长周期光纤光栅传感区的光栅区长度为1～3cm。
优选，每个长周期光纤光栅传感区有30个点，光栅周期为580μm，光栅区长度为1.74cm。
进一步地，两个长周期光纤光栅传感区相同，由CO2激光器同时制造而成。
制备上述新型U形级联长周期光纤光栅传感器方法，步骤如下：
(a)光纤预处理：取25～40cm单模光纤，除去光纤中间30～90mm长的涂覆层，用酒精洗涤，去除附着在表面的杂质；弯曲光纤形成U形，控制U形弯曲段曲率半径为0.5～15mm，并用本生灯外焰加热固定；
(b)固定：将制作好的U形单模光纤的左右两侧固定在载玻片上，将距离U形光纤弯曲段0～10mm的区域放在CO2激光器下方；
(c)长周期光纤光栅(LPFG)传感区制作：CO2激光的扫描路径设置为多条平行直线，垂直于两根平行光纤，CO2激光每次扫描U形光纤中的一条直线时，都会在U形光纤的对称位置留下两个凹口；这样制造两个相同的LPFG。
本实用新型的原理为：
本实用新型结构的传感器是用U形光纤将两个相同的长周期光纤光栅在对称的位置连接，形成一个级联结构的干涉型传感器，U形光纤为单模光纤，该U形光纤用作连接两个长周期光纤光栅，并且改变以往直线型级联光栅的结构，易于插入式测量，改变了测量方式，两个长周期光纤光栅在U型光纤两侧直线段上对称的位置作为传感区域；
长周期光纤光栅(LPFG)是一种透射型光纤光栅，无后向反射，周期相对较长，满足相位匹配条件的是同向传输的纤芯基模和包层模之间的耦合，因此长周期光纤光栅的谐振波长和幅值对外界环境的变化非常敏感，这使得可以将长周期光栅引入U型传感器中，级联长周期光纤光栅的U型光纤传感器可以提高灵敏度；
本实用新型结构的传感器有着较高的灵敏度，两个长周期光纤光栅传感区的存在可以提高灵敏度和半高宽(FWHM)，U型结构可以缩小传感器的体积，减小传感面积，易于插入式测量及节约测量样品；长周期光纤光栅的谐振波长和幅值对外界环境的变化非常敏感，可以有效的提高传感器的灵敏度，使传感器可以应用于样品检测。
本实用新型与现有技术相比的有益效果是：
1.本实用新型提出的新型U形级联长周期光纤光栅传感器使LPFG传感器能够实现插入测量，改变了以往LPFG传感器的测量方法，使传感器在应用中更加灵活；
2.U形级联长周期光纤光栅传感器(UC-LPFG)传感器的传感面积较小，所测样品溶液的成本较低，UC-LPFG传感器结构紧凑，有利于其在狭小空间的应用；
3.本实用新型提出的新型U形级联长周期光纤光栅传感器具有良好的对称性，可以利用CO2激光器同时制造两个完全相同的长周期光纤光栅传感区提高CO2激光器的利用率，降低生产成本，使得传感器在各领域的检测方面有着更为广泛的应用；
综上，本实用新型解决了现有技术中的传感器灵敏度低、体积大、生产成本高的问题，非常适于在传感等领域广泛推广。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的传感系统图；
图3是单个LPFG传感器的透射光谱图；
图4是本实用新型的透射光谱图；
图5是单个LPFG传感器在不同折射率乙醇溶液中透射光谱图；
图6是本实用新型在不同折射率乙醇溶液中透射光谱图；
图7是不同折射率下单个LPFG的折射率线性拟合曲线图；
图8是不同折射率下本实用新型所述的新型U形级联长周期光纤光栅传感器的折射率线性拟合曲线图；
附图标记：
1-U形单模光纤；2-光纤纤芯；3-长周期光纤光栅传感区；
A-新型U形级联长周期光纤光栅传感器；B-超连续光源；C-CO2激光器；D-系统光路；E-计算机；F-固定装置；G-示波器。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
实施例
一种新型U形级联长周期光纤光栅传感器如图1所示，一种新型U形级联长周期光纤光栅传感器，采用两个长周期光纤光栅传感区与U形光纤级联结构，所述传感器包括一U形单模光纤1，所述U形单模光纤两侧的直线段上分别对称设置有长周期光纤光栅传感区3。
由上述的新型U形级联长周期光纤光栅传感器形成的传感系统如图2所示，包括新型U形级联长周期光纤光栅传感器A，系统光路D，新型U形级联长周期光纤光栅传感器A的输入端连接光谱为可见光波段的超连续光源B，输出端连接示波器G，CO2激光器C通过数据接口连接到计算机E，新型U形级联长周期光纤光栅传感器A置于固定装置F上。
上述新型U形级联长周期光纤光栅传感器的制备方法方法，步骤如下：
(a)光纤预处理：取30cm单模光纤，取下光纤中间60mm长的涂覆层，用酒精洗涤，去除附着在表面的杂质，弯曲光纤形成U形，控制U形弯曲段曲率半径为3mm，并用本生灯外焰加热固定；
(b)固定：将制作好的U形单模光纤的左右两侧固定在载玻片上，将距离U形光纤弯曲段5mm的区域放在CO2激光器下方；
(c)LPFG制作：CO2激光的扫描路径设置为多条平行直线，垂直于两根平行光纤，CO2激光每次扫描U形光纤中的一条直线时，都会在U形光纤的对称位置留下两个凹口，这样制造两个相同的LPFG。
最终形成两个长周期光纤光栅传感区，每个长周期光纤光栅传感区有30个点，光栅周期为580μm，LPFG光栅区长度为1.74cm。
上述制备的本实用新型一种新型U形级联长周期光纤光栅传感器的折射率传感特性测试：
为了研究本实用新型所提出的将U形与长周期光纤光栅传感器相级联的传感性能，将该传感器接入传感系统，输入端使用谱宽范围为0.4～2.4um的超连续光源作为光源，使用示波器来检测波形变化，然后将该传感器分别浸入折射率变化为1.3316、1.3421、1.3508、1.3611和1.3713的NaCl溶液中。
现有技术中单个LPFG传感器的透射光谱图如图3所示，随着折射率的增加，共振波长向左移动，单个LPFG传感器在1300nm到1600nm范围内的最低功率增益为-31.16db，其波长为1447.94nm，共振峰的FWHM为8.44nm。
本实用新型结构的传感器透射光谱图如图4所示，新型U形级联长周期光纤光栅传感器UC-LPFG在1300nm到1600nm范围内的最低功率增益为-27.24db，其波长为1415.66nm，共振峰的FWHM为5.11nm。
现有技术中单个LPFG传感器在不同折射率乙醇溶液中透射光谱图如图5所示。
新型U形级联长周期光纤光栅传感器在不同折射率乙醇溶液中透射光谱图如图6所示。
现有技术中单个LPFG传感器的折射率灵敏度拟合曲线如图7所示，根据拟合曲线的斜率，可得单个LPFG的折射率灵敏度为-22.62nm/RIU。
新型U形级联长周期光纤光栅传感器UC-LPFG的折射率灵敏度拟合曲线如图8所示，根据拟合曲线的斜率，可得单个UC-LPFG的折射率灵敏度为-61.83nm/RIU。
由此可以看出，本实用新型结构的新型U形级联长周期光纤光栅传感器UC-LPFG比一般LPFG传感器的灵敏度更高且共振峰的FWHM更窄。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替。

Claims (7)

1.一种新型U形级联长周期光纤光栅传感器，其特征在于：采用两个长周期光纤光栅传感区与U形光纤级联结构，所述传感器包括一U形单模光纤，所述U形单模光纤两侧的直线段上分别对称设置有长周期光纤光栅传感区。
2.根据权利要求1所述的一种新型U形级联长周期光纤光栅传感器，其特征在于：所述U形单模光纤的长度为25～40cm，U形单模光纤弯曲段曲率半径为0.5～15mm。
3.根据权利要求1所述的一种新型U形级联长周期光纤光栅传感器，其特征在于：每个长周期光纤光栅传感区与U形单模光纤弯曲段的距离为0～10mm。
4.根据权利要求1所述的一种新型U形级联长周期光纤光栅传感器，其特征在于：每个长周期光纤光栅传感区有25～40个点，光栅周期为500～700μm。
5.根据权利要求1所述的一种新型U形级联长周期光纤光栅传感器，其特征在于：每个长周期光纤光栅传感区的光栅区长度为1～3cm。
6.根据权利要求1所述的一种新型U形级联长周期光纤光栅传感器，其特征在于：每个长周期光纤光栅传感区有30个点，光栅周期为580μm，光栅区长度为1.74cm。
7.根据权利要求1所述的一种新型U形级联长周期光纤光栅传感器，其特征在于：两个长周期光纤光栅传感区相同，由CO2激光器同时制造而成。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112098366A (zh) * 2020-07-27 2020-12-18 桂林电子科技大学 一种实现三个Fano共振的内嵌双U型折射率传感器
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