[发明专利]一种光纤刻槽填充温敏液体的长周期光栅温度探头

说明书

本发明是一种光纤刻槽填充温敏液体的长周期光栅温度探头，包括宽带光源、光纤链路、敏感探头和光谱分析仪，所述的敏感探头是运用飞秒激光加工技术，在光纤包层中刻出直角三角槽；所述直角三角槽成周期性排布，并且周期满足长周期光纤光栅的周期大小；所述的填充液为温敏液体甘油，利用石英玻璃毛细管的毛细作用进行填充；所述的敏感探头是经过石英玻璃毛细管封装。本发明提供的一种光纤刻槽填充温敏液体的长周期光栅温度探头，根据温敏液体甘油因外界温度而改变自身折射率的特性，并结合长周期光纤光栅的透光特性，根据透射光谱图的变化情况，实现了对外界温度的测量。

技术领域

本发明属于光纤光栅传感技术领域，具体涉及了一种光纤刻槽填充温敏液 体的长周期光栅温度探头。

背景技术

光纤光栅是一种非常重要的光纤无源器件，具有体积小和插入损耗小等优 点，广泛应用在光纤传感领域。光纤光栅还具有抗电磁干扰能力强和抗腐蚀能 力强，可以在复杂的环境中工作。光纤光栅按照周期大小分类，可以分为布拉 格光纤光栅和长周期光纤光栅。与布拉格光纤光栅相比，长周期光纤光栅具有 很多独特的性质，比如：无后向反射和同向传输的纤芯基模与包层模式之间耦 合等特点。本发明利用长周期光纤光栅对外界温度变化敏感的特点，制作长周 期光栅温度探头。

飞秒激光器是一种新型的激光器，不仅具有峰值功率大、可调性和稳定性 高等优点，而且脉冲持续间隔为飞秒量级，因此在超精细微加工与光纤传感等 领域有重大的应用。

本发明通过运用飞秒激光加工技术，对单模光纤包层进行刻槽处理，然后 向槽内填充温敏液体甘油，最后用石英玻璃毛细管进行封装，制成长周期光栅 温度探头，实现对外界温度的测量。

发明内容

本发明的目标是实现对外界温度的测量，设计了一种光纤刻槽填充温敏液 体的长周期光栅温度探头，一种光纤刻槽填充温敏液体的长周期光栅温度探头 结构包括宽带光源、光纤链路、敏感探头和光谱分析仪，所述的敏感探头运用 飞秒激光加工技术，在单模光纤包层中刻槽，然后向槽内填充温敏液体甘油， 最后由石英玻璃毛细管进行封装。本发明，利用甘油随着外界温度变化而改变 折射率的特性，来影响光纤包层的有效折射率，进而引起长周期光纤光栅谐振 波长改变，最后由透射光谱图中谐振波长的变化量来反映外界温度的变化情况。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案是：一种光纤刻槽填充温敏液 体的长周期光栅温度探头，包括宽带光源、光纤链路、敏感探头和光谱分析仪， 所使用的光纤是单模光纤，纤芯直径是8.2μm。

所述的敏感探头是运用飞秒激光微加工技术，在单模光纤包层刻出一系列 直角三角槽，直角三角槽的最大深度为50μm，长度为200μm，光纤包层端面与 直角三角槽斜边的夹角是14°，相邻的两个直角三角槽的距离为200μm。加工 后的单模光纤包层中形成了周期性排布的直角三角槽，这些直角三角槽，实现 了对单模光纤包层折射率的周期性调制，周期为400μm。按照光纤光栅的周期 大小分类，加工后的单模光纤是长周期光纤光栅，具备了透光性和无后向反射 的特点。

所述的敏感探头，是飞秒激光刻槽后的单模光纤在显微镜下，将其缓慢的 插入石英玻璃毛细管内，成功插入后，再将石英玻璃毛细管一端浸入装有温敏 液体的玻璃皿中，另一端向大气开放，利用石英玻璃毛细管的毛细作用，把温 敏液体填充进直角三角槽中。待温敏液体填充完毕后，使用UV胶先把石英玻 璃毛细管未浸入温敏液体端的一侧完全涂覆，然后再把另一端完全涂覆，使其 密封。

所述的填充液是对温敏液体甘油，甘油会根据外界温度而改变自身折射率， 在20℃到60℃之间，浓度为97％的甘油折射率变化情况比较显著，每上升1℃， 折射率下降2.9×10^-4。

长周期光纤光栅的谐振波长公式：

λ₀＝(n_co-n_cl)Λ