[实用新型]一种弯曲矢量的光纤传感器

说明书

技术领域

本实用新型提出了一种弯曲矢量的光纤传感器，属于光纤传感技术领域。

背景技术

长周期光纤光栅，因其灵敏度高，结构精巧，抗电磁干扰等优势，广泛应用于应力、温度、弯曲、折射率、扭转等参数的测量中。

为了可以同时测量弯曲大小和方向的传感器，可以在非对称结构的光纤包括偏芯光纤、 D型光纤上写制长周期光纤光栅，利用紫外曝光技术在多芯光纤上写制长周期光纤光栅，在小范围曲率内可以做成超高灵敏度的弯曲矢量传感器。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种超高灵敏度测量弯曲矢量的光纤型传感器，利用高频CO₂激光单侧曝光技术在双芯光纤中写入光栅，其结构可以视为在两个纤芯上同时写入了相同周期和相同长度的长周期光纤光栅。该结构实现了纤芯模和包层模、以及两个纤芯模式之间的耦合。利用光纤光栅的非对称模式，所制作的传感器在0～1.0m^-1微弯范围内，灵敏度达到2.0nm/m^-1。另外，通过谐振峰波长的红移和蓝移，可以鉴别弯曲方向，实现弯曲曲率大小和方向的同时测量。

本实用新型通过以下技术方案实现：一种弯曲矢量光纤传感器，其特征在于包括宽带光源，输入单模光纤，不对称双芯长周期光纤光栅，输出单模光纤和光谱分析仪，其中输入单模光纤左端连接宽带光源，右端与不对称双芯长周期光纤光栅连接，输出单模光纤左端与不对称双芯长周期光纤光栅连接并与右端的光谱分析仪连接。

所述的不对称双芯长周期光纤光栅纤芯是采用二氧化碳激光器烧蚀刻制而成，双芯是都具有相同周期和长度的长周期光纤光栅，双芯的其中一个纤芯位于正中心，另一个纤芯偏于光纤的轴线一边，刻制周期数为400-500μm，栅格数为30-50个。

所述的宽带光源的波长范围为1250nm-1650nm。

本实用新型的有益效果是：提出对微弯范围内的不对称的双芯长周期光纤光栅的高束缚能力，可以超高灵敏度的测量弯曲矢量的大小和方向，该传感器对微弯范围内的弯曲矢量敏感性将明显增强。利用CO₂激光单侧曝光技术在不对称双芯光纤上写制长周期光纤光栅，由于光纤器件的非对称结构，对偏振性能特别敏感，偏振相关损耗达到20dB以上。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是不对称双芯长周期光纤光栅的示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种弯曲矢量的光纤传感器，包括宽带光源1，输入单模光纤2，不对称双芯长周期光纤光栅3，输出单模光纤4和光谱分析仪5，其中输入单模光纤2左端连接宽带光源1，右端与双芯长周期光纤光栅3连接，输出单模光纤4左端与不对称双芯长周期光纤光栅3连接并与右端的光谱分析仪5连接。图2是不对称双芯长周期光纤光栅的示意图，两个纤芯与光纤包层的关系如图2所示，双芯中的一个纤芯与包层是同轴对称，而另一个纤芯偏置于包层一边，与包层非同轴对称。采用高频CO₂激光打标技术，两个相互平行的纤芯进行单侧曝光刻制而成。

本实用新型的工作原理是：由于不对称双芯长周期的光纤光栅的双芯不是对称的，其中一芯在中间，而另一芯偏置在一边，从而形成不对称双芯长周期光纤光栅。当宽带光源发出的光通过单模光纤输入不对称的双芯长周期光纤光栅，由基模耦合向包层模，但是部分包层模会在不对称双芯长周期光纤光栅的作用下耦合向外侧纤芯并且以导模形式传输，由于长周期光纤光栅的不对称性，引起光偏振态的变化，光纤对光场的束缚能力增强，辐射模式较少产生波长的蓝移和红移，通过波长的移动大小可以获得弯曲的大小。不对称长周期光纤光栅的弯曲方向不同，当向下弯曲时频谱会发生蓝移，光纤向上弯曲时频谱会发生红移，通过波长的移动方向获得弯曲的方向。

本实用新型能实现的关键技术为：采用的是不对称双芯长周期光纤光栅，因为当光源的光经单模光纤耦合入双芯光纤中不对称双芯纤芯1中，在双芯纤芯1中以基模LP₀₁-1模式传输，此时双芯纤芯2中几乎没有光波传输。当传输光经过不对称双芯长周期光纤光栅纤芯 1中，双芯纤芯1基模LP₀₁-1会耦合向高阶包层模；与此同时，包层模中携带的能量在不对称双芯长周期光纤光栅2的作用下直接耦合到双芯纤芯2中，并以双芯纤芯2中的基模LP₀₁-2 形式传输。通过谐振峰波长的偏移可以得到超高灵敏度的弯曲矢量大小和方向的测量。