[实用新型]基于闪耀长周期光纤光栅的高灵敏度应力传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及光纤传感领域，具体地说是提出一种基于闪耀长周期光纤光栅(TLPFGs)的高灵敏度应力传感器。

背景技术

长周期光纤光栅的谐振波长和损耗峰幅值对外界环境的变化非常敏感，具有比光纤布拉格光栅更高的弯曲、扭曲、横向负载灵敏度。这一方面使其在光纤传感领域得到了广泛的应用。闪耀长周期光纤光栅由于光栅平面存在45-90度的倾斜角度具有很多有意义的新特性，其具有非常多大的传感应用潜力。

由于光栅平面的倾斜，TLPFGs呈现出很多的偏振依赖性。假设光纤横截面为x-y平面，轴向为z向，TLPFGs光栅平面在x-z平面垂直倾斜。定义两个偏振态，p-偏振态和s-偏振态，p-偏振态的偏振化方向在x-z平面且平行于x-轴，s-偏振态的偏振化方向垂直与x-z平面。附图1给出了在p-偏振态下随着角度变化的光栅透射谱，将图中透射峰依照谐振波长从短至长的顺序分别编号为：1、2、3、4、5、6阶。当光栅无倾斜时，LPFGs透射谱中只能观察到4个谐振峰，分别为1阶、2阶、4阶、6阶峰；当光栅倾斜时，TLPFGs透射谱中可以观察到两个新的谐振峰，分别为3阶和5阶谐振峰。但基于通信波段，一般只讨论2-5阶谐振峰，其中2阶和4阶谐振峰是LPFGs存在的谐振峰，3阶和5阶谐振峰为由于光栅倾斜而产生的谐振峰。对与s-偏振态的情况类似于p-偏振态，但是透射谱波形存在不同程度的位移。TLPFGs因为倾斜角度表现出很强的偏振依赖性，由于3阶和5阶谐振峰的产生源于光栅倾斜表面所导致的不同矢量模式之间的耦合，因此3阶和5阶谐振峰的偏振依赖性远远大于2阶和4阶的偏振依赖性，对比附图2和3与附图4和5。

当光纤受到应力时，光纤长度会发生微量的变化。1979年，Hocker等人给出了光纤长度变化与应力的关系：

ΔLL=(1-2v)PE]]>

其中P为作用在光纤上的应力，v为泊松比，E为杨氏模量。将长度的变化平均到每个光栅周期中，随着光栅的周期发生变化，TLPFGs的谐振波长和透射率就会发生变化。通过观察TLPFGs透射谱的变化可以分析出光栅周期的变化，就可以对所受应力进行传感。附图3为p-偏振态下5阶谐振峰的最小透射率与光栅周期的关系。附图5为p-偏振态下5阶谐振峰的谐振波长与光栅周期的关系。s-偏振态的情况类似于p-偏振态，但是透射谱波形存在不同程度的位移。

发明内容

本实用新型的目的在于提出一种基于闪耀长周期光纤光栅(TLPFGs)的高灵敏度应力传感器。

本实用新型采取了如下技术方案：一种基于闪耀长周期光纤光栅TLPFGs的高灵敏度应力传感器，包括宽谱光源101、可旋转起偏器102、保偏光纤103、TLPFGs104、单模光纤105、光谱仪106，计算机处理系统107；宽谱光源101发射出1200-1600nm激光，由可旋转起偏器102接收，可旋转起偏器102连接保偏光纤103；保偏光纤103的另一端连接闪耀长周期光纤光栅TLPFGs104；闪耀长周期光纤光栅TLPFGs104的另一端连接单模光纤105；单模光纤105的另一端连接光谱仪106；光谱仪106与计算机处理系统107连接。

其中宽谱光源101可发射出1200-1600nm激光；可旋转起偏器102的偏振主轴可以旋转90度，且0度时可旋转起偏器102的偏振主轴与保偏光纤103的快轴平行，90度时可旋转起偏器102的偏振主轴与保偏光纤103的慢轴平行；TLPFGs104采用紫外光写在普通单模光纤105上并与保偏光纤103熔接，且保持TLPFGs104光栅平面与保偏光纤103快轴所在平面垂直。