CN219201985U - 一种测定弯曲率的布拉格偏心光纤光栅 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于光纤传感器技术领域，公开了一种测定弯曲率的布拉格偏心光纤光栅，包括透明包层、光纤纤芯和激光直写条纹；所述透明包层包裹在光纤纤芯外侧，所述光纤纤芯外侧有激光直写周期性折射率调制条纹，所述周期性折射率调制条纹位于光纤纤芯的偏心位置。所述周期性折射率调制条纹的光栅周期为2.1438μm；所述测定弯曲率布拉格偏心光纤光栅的长度为0.5cm；所述测定弯曲率布拉格偏心光纤光栅的偏心程度为2μm。本实用新型在传感测量时可以同时使用布拉格谐振峰和包层模谐振峰作为测量工具，避免了温度、应变和折射率等参数的交叉敏感问题，可以实现多参数传感。

Description

一种测定弯曲率的布拉格偏心光纤光栅

技术领域

本实用新型属于光纤传感器技术领域，尤其涉及一种测定弯曲率用的布拉格偏心光纤光栅。

背景技术

目前，随着信息时代的到来，光纤通信和光纤传感技术的发展，极大地推动了人类社会的进步。在工业生产和人类生活中人们主要依靠光纤通信和传感技术搜集、获取和传播信息。但是，在通信过程中，光纤传输的光信号易受到环境的干扰。

近年来，光纤光栅具有优异的性能被广泛研究和应用于通信和传感领域，已经取得了显著的成效。光纤光栅最初被用于通信领域，例如，制作复用/解复用器、色散补偿器、增益均衡器、光电/电光转换器、带阻滤波器、可调谐滤波器和光开关等器件。后来，为了解决信号交叉干扰问题，光纤光栅被用于传感领域来测量环境中的温度、压力和位移等参数的变化情况。在传感领域，光纤光栅可以同时测量多个参数，随着传感技术的发展，在灵敏度方面也得到了很大程度的提高。

光纤光栅是使用某种方法(载氢、掺杂)在光纤纤芯中形成的一种具有周期性折射率分布的结构，其光栅中心位于纤芯中轴线。通过改变光纤的光敏性，在光纤中曝光形成空间相位光纤光栅，实质上是在纤芯内形成一个窄带滤波器或反射镜。常用的光纤光栅有布拉格光纤光栅和长周期光纤光栅。偏心布拉格光纤光栅(EccentricFiberBraggGratings，EFBG)是在写入光栅时改变了刻写位置而产生的一种新型光栅，其光谱特性和传感特性与常规单模光纤光栅有所不同。这种光栅在进行传感测量时可以作为多参数传感的工具，在实际应用中发挥自身独特的优势。

通过上述分析，现有传统光栅传感技术存在的问题及缺陷为：传感器尺寸过大，抗电磁干扰能力弱，容易受到了恶劣环境影响，分布式传感特性比较差。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种测定弯曲率的布拉格偏心光纤光栅。

本实用新型是这样实现的，一种测定弯曲率的布拉格偏心光栅设置有：

透明包层、光纤纤芯和激光直写条纹。

所述透明包层包裹在光纤纤芯外侧，所述光纤纤芯采用激光直写的方法设有周期性折射率调制条纹，所述周期性折射率调制条纹位于光纤纤芯的偏心位置。

进一步，所述测定弯曲率的布拉格偏心光栅的周期为2.1438μm。

进一步，所述测定弯曲率的布拉格偏心光栅的长度为0.5cm。

进一步，所述测定弯曲率的布拉格偏心光栅的偏心程度为2μm。

进一步，所述测定弯曲率的布拉格偏心光栅的灵敏度为-0.36dB/m^-1。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，本实用新型所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

本实用新型优选实施方式制造的周期为2.1438μm；长度为0.5cm；偏心程度为2μm的布拉格偏心光栅具有体积小、耐腐蚀、抗电磁干扰、灵敏度高等特点，非常适用于油气化工、生物医疗、航空航天、土木工程、海洋和军事等领域。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的测定弯曲率布拉格偏心光栅的结构示意图；

图中：1、透明包层；2、光纤纤芯；3、激光直写条纹。

图2是本实用新型实施例提供的弯曲测量装置的连接示意图；

图3是本实用新型实施例提供的布拉格偏心光栅的透射峰值损耗随着曲率的变化关系图；

图4是本实用新型实施例提供的不同弯曲方向下布拉格偏心光栅的包层模透射峰谐振损耗随曲率变化关系图；

图5是本实用新型实施例提供的180°方向下包层模谐振峰值损耗与曲率的关系。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1是本实用新型实施例提供的测定弯曲率的布拉格偏心光栅包括透明包层1、光纤纤芯2和激光直写条纹3。

透明包层1包裹在光纤纤芯2外侧，所述光纤纤芯2外侧激光刻设有周期性折射率调制条纹3，所述周期性折射率调制条纹3位于光纤纤芯2的偏心位置。

本实用新型实施例中的周期性折射率调制条纹3的光栅周期为2.1438μm。

本实用新型实施例中测定弯曲率的布拉格偏心光栅的长度为0.5cm。

本实用新型实施例中测定弯曲率的布拉格偏心光栅的偏心程度为2μm。

本实用新型实施例中测定弯曲率的布拉格偏心光栅的灵敏度为-0.36dB/m^-1。

本实用新型的工作原理是：

弯曲测量装置如图2所示，将EFBG两端固定在左右两个平移台上，使光栅保持悬空，光栅位置正好位于两个平移台正中心，在两个平移台上均放置旋转器的目的是为了让光栅发生均匀旋转，同时避免在平移过程中光栅自身发生扭转。在整个实验过程中，左端的平移台固定不动，右边的平移台可以水平移动，只需向左移动右边的平移台使得光栅发生弯曲。实验中两个平移台之间的初始距离设置为25cm，保证光纤足够长来减小光栅弯曲时带来的扭曲的影响。在弯曲测试前，设置好旋转方向，设定光栅偏离中心轴向上的反方向为0°。光栅两端分别连接宽带光源和光谱分析仪。在固定好光栅后，使用光谱分析仪保存最初的图像和数据。

首先，将EFBG调节为0°方向时，将右侧的平移台每次向左推动1cm，使得光栅沿着0°方向自由向下弯曲，然后使用千分尺测量并记录光栅弯曲时的光栅中心距离平移台上光纤的竖直的高度。待光谱图像稳定下来，使用光谱分析仪记录此时的图像和数据。然后继续以1cm的步长向左推动平移台,测量光栅弯曲时的竖直高度，记录保存光谱的图像和数据。以此类推，测量并记录光栅在90°、180°和270°的方向弯曲前后的光谱变化情况。

为了证明本实用新型的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。

本实用新型在传感测量时可以同时使用布拉格谐振峰和包层模谐振峰作为测量工具，避免了温度与应变、弯曲和折射率等参数的交叉敏感问题，可以实现多参数传感。

图3给出了EFBG的透射峰值损耗随着曲率的变化关系。从图3可以看出EFBG的透射峰值损耗随着曲率增加在不断变化，其中在180°时最为明显，然后是0°，最后是270°和90°。这是因为偏心光栅的结构所致，这种光栅在0°和180°时的结构不对称的，在180°时EFBG的光栅部分最接近外部环境，故比0°、90°、270°时更明显。而90°和270°是对称的，所以在90°和270°光谱变化不够明显。

图4给出了不同弯曲方向下EFBG的包层模透射峰谐振损耗随曲率变化情况。由图可知，在0°和180°时，包层模谐振峰值损耗在一直增加，180°时峰值损耗增加最多。而在90°和270°时变化趋势比较缓慢，这同样说明了包层模谐振峰对0°和180°更为敏感。

图5给出了EFBG包层模谐振峰值损耗与曲率的关系。研究发现EFBG的灵敏度为-0.36dB/m^-1，线性度为0.995。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种测定弯曲率的布拉格偏心光纤光栅，其特征在于，所述测定弯曲率的布拉格偏心光纤光栅设置有：

透明包层、光纤纤芯和激光直写条纹；

所述透明包层包裹在光纤纤芯外侧，所述透明包层包裹在光纤纤芯外侧，所述光纤纤芯外侧有激光直写周期性折射率调制条纹，所述周期性折射率调制条纹位于光纤纤芯的偏心位置。

2.如权利要求1所述的测定弯曲率的布拉格偏心光纤光栅，其特征在于，所述周期性折射率调制条纹的光栅周期为2.1438μm。

3.如权利要求1所述的测定弯曲率的布拉格偏心光纤光栅，其特征在于，所述测定弯曲率布拉格偏心光纤光栅的长度为0.5cm。

4.如权利要求1所述的测定弯曲率的布拉格偏心光纤光栅，其特征在于，所述测定弯曲率布拉格偏心光纤光栅的偏心程度为2μm。

5.如权利要求1所述的测定弯曲率的布拉格偏心光纤光栅，其特征在于，所述测定弯曲率布拉格偏心光纤光栅的灵敏度为-0.36dB/m^-1。

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