本发明专利技术提供了一种基于飞秒激光器的光纤空气环腔温度传感器，其特征在于：由入射光纤(1)、空气环腔结构(2)、出射光纤(3)组成；空气环腔结构(2)的两端分别与入射光纤(1)和出射光纤(3)相连接；入射光纤(1)与空气环腔结构(2)与出射光纤(3)共同构成全光纤马赫曾德干涉仪；本发明专利技术灵敏度高，结构微小，可以应用于各种高温测量的实际工程中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术提供了基于飞秒激光器的光纤空气环腔温度传感器，属于光纤传感技术领 域。
技术介绍
马赫曾德干涉仪广泛应用于传感领域中，它是运用双光束干涉原理制作而成。传 统的马赫曾德干涉仪需要两根长度相同的单模光纤，除了需要测量的物理量以外容易受到 如湿度等其他物理量的影响。由此可见，传统的马赫曾德干涉仪制作困难。于是，全光纤马 赫曾德干涉仪被提出来。目前的全光纤马赫曾德干涉仪主要是基于FBG，LPFG，PCF，光纤拉 椎，光纤错位连接等结构构成，虽然灵敏度很高，但是这些马赫曾德干涉仪构成的温度传感 器尺寸大，不易于重复利用。为了解决以上的问题，一种新型的全光纤马赫曾德干涉仪被提 出，这种温度传感器的制作使用到了飞秒激光器，飞秒激光器用于精密微纳加工，它在与物 质相互作用时，可实现超高分辨率，超高精度，从而达到纳米尺度的加工制造。这种全光纤 的马赫曾德干涉仪具有灵敏度高，结构微小等优点。 基于飞秒激光器的光纤空气环腔温度传感器中的空气环腔结构使得原来仅在纤 芯中传输的光分别以纤芯模和空气环腔模的形式进行传输并发生干涉。当使用该传感器对 外界环境温度进行测量时，每次改变温度都会使干涉条纹发生漂移。这是由于空气环腔模 和纤芯模对温度变化的响应程度不同，从而导致原来的光程差发生改变。随着光程差的改 变，干涉条纹就会有所改变。当温度经过一系列的变化之后，即可以在光谱仪上观察到与之 相对应的一系列的干涉条纹。在干涉条纹的某些特征位置，比如干涉峰或干涉谷，可以看到 极值所位于的波长发生漂移，通过监测干涉光谱的漂移量可以实现温度测量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于飞秒激光器的光纤空气环腔温度传感器。该装置 能够将待测温度的变化量转化为探测信号的波长漂移量。具有高灵敏度，结构微小，易于重 复使用等优点。 本专利技术通过以下技术方案实现： 一种基于飞秒激光器的光纤空气环腔温度传感器，由入射光纤（1)、空气环腔结构 (2)、出射光纤（3)组成；空气环腔结构（2)的两端分别与入射光纤（1)和出射光纤（3)相 连接；入射光纤（1)和空气环腔结构（2)与出射光纤（3)共同构成全光纤马赫曾德干涉仪。 所述的一种基于飞秒激光器的光纤空气环腔温度传感器，其特征在于：入射光纤 (1)、出射光纤（3)均可采用G. 652单模光纤，入射光纤（1)和出射光纤（5)长度为20~ 40cm〇 所述的一种基于飞秒激光器的光纤空气环腔温度传感器，其特征在于：空气环腔 结构（2)所使用的光纤为可采用G. 652单模光纤，长度为50um~100um，空气环腔结构（2) 的环腔外圆半径为4um~7um，内圆半径为2um~5um〇 本专利技术的工作原理是：当宽带光源发出的光经过入射光纤到达空气环腔时，由于 入射光纤的纤芯直径比空气环腔结构的这段光纤的纤芯直径粗。这样原本在纤芯中传输的 光被分成两部分，有一部分光进入空气环腔中，另一部分光将继续沿着纤芯传输，当到达空 气环腔结构终点时，在空气环腔中传输的光将与在纤芯中传输的光发生干涉，最后经过出 射光纤到达光谱仪。 其中纤芯与空气环腔之间传输的光发生了干涉，简单地说，纤芯和空气环腔之间 的干涉可以用已知的公式得： 其中UFp I Cavity分别是从纤芯和空气环腔结构中传出光的光强，λ为入射光波 长，L是空气环腔的长度，：是纤芯模与空气环腔模之间的有效折射率差，灼是 干涉的初始相位。由于L是常数，那么这个马赫曾德干涉仪的温度灵敏度的公式为 其_分别是纤芯和空气介质折射率的温度系数，不同 的温度下空气环腔的有效折射率保持不变，因此纤芯折射率的温度系数决定了马赫曾德干 涉仪的温度灵敏度。 当使用该传感器对外界温度进行测量时，每次改变外界温度，由于空气环腔模和 纤芯模对温度的响应程度不同，使得空气环腔模与纤芯模的光程差发生改变，从而改变了 空气环腔模与纤芯模之间的相位差，干涉条纹发生漂移，通过监测干涉光谱波长漂移量可 以还原待测信号。 本专利技术的有益效果是：该温度传感器是基于空气环腔结构的内连马赫-曾德干涉 仪制作而成的。纤芯中传输的光被分成两部分，一部分光进入空气环腔，另一部分光将继续 沿着烧损的纤芯传输，当到达空气环腔结构终点时，在空气环腔中传输的光将与在纤芯中 传输的光发生干涉。当改变传感器的外界温度时，对应的干涉光谱将会漂移。该传感器采 用内连的马赫-曾德干涉仪，稳定性更好，灵敏度更高，并且不易受到外界折射率变化的影 响。【附图说明】 图1是本专利技术的基于飞秒激光器的光纤空气环腔温度传感器示意图；【具体实施方式】 下面结合附图及实施实例对本专利技术作进一步描述： 参见附图1，一种基于飞秒激光器的光纤空气环腔温度传感器，由入射光纤（1)、 空气环腔结构（2)、出射光纤（3)组成；空气环腔结构（2)的两端分别与入射光纤（1)和出 射光纤（3)相连接；入射光纤（1)与空气环腔结构（2)与出射光纤（3)构成全光纤马赫曾 德干涉仪。空气环腔结构（2)的制作过程如下：用飞秒激光器在光纤端面进行打孔，将激光 光斑直径调到2um左右，在包层里沿着纤芯打一圈小孔，每个小孔之间有交叉。同时调节飞 秒激光器的强度和聚焦点远近从而控制小孔的深度。因此，在纤芯与包层交界处形成环形 空气腔。打完孔后，由于环形空气腔的内表面不够光滑，于是使用HF腐蚀光纤，使其平滑。 接着将空气环腔结构（2)的端面分别与入射光纤（1)和出射光纤（3)相连。 本专利技术装置的工作方式为：将温度传感器的一端接宽带光源，另一端接光谱仪。 当宽带光源发出的光经入射光纤到达空气环腔结构时，原本在纤芯中传输的光被分为两部 分，一部分进入空气环腔，另一部分光将继续沿着纤芯传输，当到达空气环腔结构终点时， 在空气环腔中传播的光将与在烧损纤芯中传输的光发生干涉。当改变传感器的外界温度 时，对应的干涉光谱将会漂移，从而可以得出该传感器的灵敏度。【主权项】1. 本专利技术提供了一种基于飞秒激光器的光纤空气环腔温度传感器，其特征在于：由入 射光纤（1)、空气环腔结构（2)、出射光纤（3)组成；空气环腔结构（2)的两端分别与入射光 纤⑴和出射光纤⑶相连接；入射光纤⑴与空气环腔结构⑵与出射光纤⑶共同构 成全光纤马赫曾德干涉仪。2. 根据权利要求1所述的一种基于飞秒激光器的光纤空气环腔温度传感器，其特征在 于：入射光纤（1)、出射光纤（3)均可采用G. 652单模光纤，入射光纤（1)和出射光纤（3)长 度为20~40cm。3. 根据权利要求1所述的一种基于飞秒激光器的光纤空气环腔温度传感器，其特征在 于：空气环腔结构（2)所使用的光纤可采用G. 652单模光纤，长度为50um~100um，空气环 腔结构⑵的环腔外圆半径为4um~7um，内圆半径为2um~5um〇【专利摘要】本专利技术提供了一种基于飞秒激光器的光纤空气环腔温度传感器，其特征在于：由入射光纤(1)、空气环腔结构(2)、出射光纤(3)组成；空气环腔结构(2)的两端分别与入射光纤(1)和出射光纤(3)相连接；入射光纤(1)与空气环腔结构(2)与出射光纤(3)共同构成全光纤马赫曾德干涉仪；本专利技术灵敏度高，结构微小，可以应用于各种高温测量的实际工程中。【IPC分类】G01K11/32【公开号】CN105136336【申请号本文档来自技高网...
【技术保护点】
本专利技术提供了一种基于飞秒激光器的光纤空气环腔温度传感器，其特征在于：由入射光纤(1)、空气环腔结构(2)、出射光纤(3)组成；空气环腔结构(2)的两端分别与入射光纤(1)和出射光纤(3)相连接；入射光纤(1)与空气环腔结构(2)与出射光纤(3)共同构成全光纤马赫曾德干涉仪。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：倪凯，马启飞，黄然，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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