[发明专利]低温光纤传感器设备

说明书

一种包括光纤的光纤传感器设备具有在所述光纤上、至少在光纤的光纤截面内的多层涂层。多层涂层包括位于光纤上的铬层、位于铬层上的诸如铜层之类的金属层以及位于金属层上的铟层或铅层。铟层或铅层具有比铬层及金属层的厚度大的厚度，优选地具有约等于光纤半径的厚度。

技术领域

本发明涉及在低温温度下可操作的诸如光纤布拉格光栅(FBG)传感器设备之类的光纤传感器设备，并涉及一种制造光纤传感器的方法。

背景技术

2012年的IEEE传感器期刊第12卷第1期第13-16页的T.Habisreuther等的标题为“处于低温温度的覆有ORMOCER的光纤布拉格光栅传感器”的文章中描述了一种低温FBG传感器设备。

FBG设备包括光纤，其中光纤的截面充当光栅，其中光纤的折射率作为沿光纤轴向方向的位置的函数，周期地发生变化。光栅使得光波长依赖于光纤中的光反射，一般在与周期变化的光周期长度相对应的波长具有峰值。FBG传感器设备利用光周期长度对外部参数、诸如施加于光纤的压力或其温度之类的依赖性。

光纤中光周期长度对外部影响的敏感性随温度降低而下降。这限制了用于低温温度的温度测量、例如用于监控超导磁系统、空间应用、量子计算/通信等的FBG传感器设备的可用性。其它光纤传感器设备，诸如其中光纤为干涉仪或光频域反射仪的一部分的设备，遭遇类似问题。

Habisreuther等公开了，使用ORMOCER涂层使得可能在40K的温度、实现约1pm/K的周期长度的温度敏感性。然而，低于20K的敏感性很小。

发明内容

除了别的之外，还有目标是提供一种在低温温度具有较高敏感性的光纤传感器设备。

一种包括光纤的光纤传感器设备包括在光纤上、至少在光纤的光纤截面内的多层涂层，多层涂层包括位于光纤上的诸如铬层之类的粘结层、位于粘结层上的诸如铜层之类的金属层、位于金属层上的铟层或铅层，铟层或铅层具有比粘结层和金属层的厚度大的厚度。

可以使用包括光纤布拉格光栅的光纤截面，其可以是其中光纤的折射率作为沿光纤轴向方向的位置的函数而周期地发生变化的光纤截面。类似地，当光纤截面为干涉仪或反射仪的一部分时，提供低温温度下的敏感性。

在一个实施例中，铟层具有光纤本身半径的至少四分之一、优选为该半径的至少一半的厚度。这确保铟随温度降低的收缩对光纤有显著影响，例如影响光纤布拉格光栅的反射峰值波长。铜层可以具有在10纳米至500纳米范围内的厚度。这可以用于支持应力从铟层到光纤的压力传送以及制造过程期间铟的均匀厚度的制造。铬层具有在1纳米至10纳米范围内的厚度。

一种制造光纤传感器设备的方法，该方法包括：在光纤上气相沉积铬层，光纤包括包含光纤布拉格光栅的光纤截面；在铬层上气相沉积铜层；用铟层对铜层进行电镀，铟层具有比铬层及铜层的厚度大的厚度。当光纤截面包括光纤布拉格光栅时，此方法使得可能在添加涂层期间使光纤温度保持得如此之低、以致不会明显影响光纤布拉格光栅的反射性。

附图说明

根据下面参考附图对示例性实施例的描述，这些及其它目标和优点将显而易见。

图1示出了光纤传感器设备的横截面。

图2示出了光纤传感器设备的横截面。

图3图示了光纤传感器设备的敏感性。

图4示出了解调器系统。

具体实施方式