[发明专利]用于磁场和温度同时检测的光子晶体光纤光栅传感方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于磁场和温度同时检测的光子晶体光纤光栅传感方法，属于微型光电子器件设计技术领域。

背景技术

光纤光栅传感器具有灵敏度高、响应速度快、动态范围大、抗电磁干扰能力强、超高电绝缘、防燃、防爆、安全性能高、耐腐蚀、材料资源丰富、成本低、体积小、灵巧轻便、使用方便的优点（文献1. Y. J．Rao, In—fibre Bragg grating sensors． Meas．Sci．Technol.，1997，8(4): 355-375）。广泛应用于磁、声、力、温度、位移、旋转、加速度、液位、应变、光、电压、电流、传像及某些化学量的测量等，应用前景十分广阔。然而，采用普通光纤光栅作为敏感元件的传感器存在一些难以克服的缺点，如耦合损耗较大和保偏特性差等，限制了光纤光栅传感器性能的进一步提高。20世纪90年代中期， 英国Bath大学的Knight等人首次研制出一种光子晶体光纤(Photonic crystal fiber， PCF) （文献2. J. C. Knight，T. A. Birks，D. M. Atkin and P. St. J. Rusell, Pure silica single-mode fiber with hexagonal photonic crystal cladding. OFC'96 Optical Fiber Communication, Technical Digest Series 1996, 2:CH35901.），它是基于光子晶体技术的特殊结构的光纤。通常由单一的石英材料构成，在沿光纤长度的方向上均匀排列着光波长量级的空气孔从而构成微结构包层。从光纤端面看，存在二维周期性结构。这种光纤具有许多优点，如具有宽带单模、高非线性、大模场面积、可控色散性等（文献3. M. D. Nielsen, J. R. Folkenberg, N. A. Mortensen, A. Bjarklev, Bandwidth comparison of photonic crystal fibers and conventional single-mode fibers. Opt. Exp., 2004, 12(3):430-435.）。结合传统的光纤光栅写制技术，在纤芯掺锗的光子晶体光纤(PCF)上，可以写制出新型的光子晶体光纤光栅( Photonic Crystal Fiber Bragg Grating, PCFBG) （文献4. B. J. Eggleton, P. S. Westbrook, R. S. Windeler. Grating resonances in air-silica micro- structured optical fibers. Optics Letters, 1999, 24(21) :1460-1462.）。光子晶体光纤包层中空气孔的存在改变并且丰富了传统光纤的模式特性，而光栅从根本上讲就是这些模式之间的能量耦合，光子晶体光纤一系列可设计的优良特性使得写制的光栅将呈现出不同于普通单模光纤光栅的崭新特性（文献5. Y．P. Wang，L. M. Xiao，D．N．Wang，and W. Jin．Highly sensitive long-period fiber-grating strain sensor with low temperature sensitivity. Optics Letters，2006，31(23)：3414-3416．），如具有良好的稳定性,大范围的宽带调谐特性等优异的特性,采用光子晶体光纤光栅构成的传感器有望解决传统光纤光栅难以克服的问题。