一种基于飞秒激光微加工的M-Z应力传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于飞秒激光微加工的M‑Z应力传感器，包括马赫‑曾德尔干涉仪，马赫‑曾德尔干涉仪是由飞秒激光在单模光纤纤芯上连续的刻写两段波导构成，两段波导的间距为5mm，长度为2cm；利用飞秒激光改变光纤的有效折射率，构成光程差，制成MZ干涉仪；本实用新型专利技术具有重量轻、制备简单、灵敏度高、体积小、结实可靠等特点，可进行应力测量。

A M-Z stress sensor based on femtosecond laser micromachining

The utility model discloses a M_Z stress sensor based on femtosecond laser micro-machining, including a Mach_Zehnder interferometer, which is composed of two waveguides continuously written by femtosecond laser on a single-mode fiber core. The distance between the two waveguides is 5 mm and the length is 2 cm. Effective refractive index constitutes optical path difference and is made into MZ interferometer; the utility model has the characteristics of light weight, simple preparation, high sensitivity, small volume, strong and reliable, and can be used for stress measurement.

【技术实现步骤摘要】
一种基于飞秒激光微加工的M-Z应力传感器
本技术属于传感器领域，具体涉及一种基于飞秒激光微加工的M-Z应力传感器。
技术介绍
应力传感器主要应用于桥梁监测、吊臂结构监测等国防工程、大型建筑结构和一些精细结构的监测中，传统的测量应力的方法利用电子元件测量，如电阻应变片，但其很容易受到外界环境，如电磁场等的干扰。光纤应力传感器因其体积小、重量轻、灵敏度高、免电磁干扰、抗腐蚀性、可实时监测等优点受到人们的广泛关注。各种结构的光纤应力传感器已经广泛应用，如光栅光纤应力传感器。光栅光纤应力传感器对光源的稳定性和相干性要求不高，但是其容易受到光栅波长漂移和温度的影响，传感器灵敏度也受到光栅的反射率和带宽的影响。近年来，马赫-曾德尔干涉仪光纤应力传感器受到了广泛的研究，如基于多芯光纤应力传感器和选择性液体填充的光子晶体光纤应力传感器。但是基于多芯光纤应力传感器需要进行温度补偿，结构较为复杂，选择性液体填充的光子晶体光纤应力传感器结构脆弱，容易损坏，同时价格昂贵，并且这些传感器分辨率很低。
技术实现思路
为了解决上述现有技术的不足，本技术提供一种基于飞秒激光微加工的M-Z应力传感器，其具有重量轻、制备简单、灵敏度高、体积小、结实可靠等优点。本技术所采用的技术方案是：一种基于飞秒激光微加工的M-Z应力传感器，其特征在于：马赫-曾德尔干涉仪是由飞秒激光在单模光纤纤芯上连续的刻写两段波导构成，两段波导的间距为5mm，长度为2cm。本技术的有益效果是：1.传感器制备过程中只需用飞秒激光在单模光纤上连续的刻写两段波导，具有制作简单、重量轻、可重复性好、成本低等优点。2.传感器的制作是在单模光纤纤芯内部，只是改变局部折射率，而不损坏光纤物理结构，甚至无需光纤熔接，制备简单且结实。附图说明下面结合附图及具体方式对本技术作进一步说明。图1是本技术的M-Z应力传感器结构图。主要符号说明如下。1-马赫-曾德尔干涉仪；2-单模光纤纤芯；3-第一段波导；4-第二段波导。具体实施方式图1中，一种基于飞秒激光微加工的M-Z应力传感器包括马赫-曾德尔干涉仪1，马赫-曾德尔干涉仪1是由飞秒激光在单模光纤纤芯2上连续的刻写第一段波导3和第二段波导4构成，两段波导的间距为5mm，长度为2cm。该传感器工作流程：光信号进入单模光纤纤芯2中，一部分光进入第一段波导3，另一部分光继续在单模光纤纤芯2传输，这两束光在第一段波导3的末端汇合，波导与纤芯的折射率不同，这样就产生了光程差，形成了M-Z。汇合光在单模光纤纤芯2中继续传播，一部分光进入第二段波导4，另一部分光继续在单模光纤纤芯2传输，这两束光在第二段波导4的末端再次汇合，形成了游标效应。当不考虑系统的损耗，只考虑波导模式和一个纤芯模式时，对于单个MZI，透射光的强度可以表示为：，Iw和Ic分别表示波导和纤芯的光强,L表示波导的长度，表示波导和纤芯有效折射率的差值，λ表示光的波长，当满足（m为常数）时，发生相长干涉，相应的谐振峰波长可以表示为，当应力变化作用在传感器上时，传感器对于应力的灵敏度可以表示为：，表示传感器所受应力，当传感器所受应力发生改变，光纤有效折射率发生改变，表现在光谱波峰的漂移，通过测量输出中心波长的漂移量即可实现应力的传感测量。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于飞秒激光微加工的M‑Z应力传感器，包括马赫‑曾德尔干涉仪(M‑Z)，其特征在于：所述的M‑Z干涉仪是由飞秒激光在单模光纤纤芯上刻写两段波导构成，其中这两段波导间距为5mm。

【技术特征摘要】
1.一种基于飞秒激光微加工的M-Z应力传感器，包括马赫-曾德尔干涉仪(M-Z)，其特征在于：所述的M-Z干涉仪是由飞秒激光在单模光纤纤芯上刻写两段...

【专利技术属性】
技术研发人员：张艺馨，徐贲，赵锋平，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33