专利名称：基于闪耀长周期光纤光栅的折射率传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤传感技术领域，具体地说是一种基于闪耀长周期光纤光栅 (TLPFG)的折射率传感器。
背景技术：
折射率的测量技术应用广泛，其应用领域包括环境检测与监控、工业过程监控、 化学、生物以及医疗等等。与传统的基于棱镜的折射率测量方法相比，基于光纤光学的测量技术因其独特的优点越来越引起人们的注意。基于光纤光学的传感器的优点有耐高温、抗腐蚀、抗电磁干扰、体积小、对被测环境的影响小、可以远程测量和易于实现分布式的多点传感等。在光纤光学的传感领域有一种起着举足轻重作用的新型无源光器件_光纤光栅， 光纤光栅是在光纤中建立起的一种空间周期性的折射率分布，它可以改变和控制光在光纤中的传播行为。利用光纤光栅的特点，可以制作各种各样的传感器，对多种参量进行实施监测。近年来随着光纤光栅制作技术和应用的不断发展，一种新型的光纤光栅-闪耀(也叫倾斜)光纤光栅因在波分复用通信系统、环境折射率的测量以及解决交叉敏感问题等方面呈现出的惊人的潜在价值和广阔的应用前景受到了各国研究人员的青睐。闪耀光栅是一种光栅条纹和光纤轴向存在一定角度的特殊光栅。目前对于闪耀布拉格光栅(TFBG)的研究较多，并且基于TFBG的温度、压力、湿度和折射率等传感器也都有报道。但是对于闪耀长周期光纤光栅(TLPre)的研究还很少，基于TLFBG的传感器的报道也几乎没有。

发明内容
本发明的目的在于提出了一种用于测量环境折射率的传感器，该传感器是基于闪耀长周期光纤光栅(TLPre)设计的，能够在环境温度不变的情况下可以测量环境折射率的基于TLPre的传感器。本发明采取了如下技术方案。该传感器包括沿光的传播方向依次布置的激光光源、窄带滤波器、起偏器、偏振控制器、保偏光纤、TLPre、多模光纤和激光功率计。其中 TLPre输出的激光经过多模光纤进入光功率计，光功率计将测得的功率值输入计算机处理系统，计算机处理系统经过分析计算得到TLPre包层外界环境折射率的大小。光栅的倾斜角的取值范围为大于45度且小于90度。TLPre可以将某个特定波长的偏振光耦合到包层中，使其成为包层模或辐射模，这些模式会随着包层外界环境折射率的不同向包层外泄漏不同量的光，从而根据剩余光功率的大小分析计算得知包层外界环境折射率的大小。相对于现有技术而言，本传感器系统采用TPUG作为传感探测器件，采用偏振光作为输入信号光，整个系统具有灵敏度高，体积小，成本低，抗腐蚀和抗电磁干扰等优点。


图ITLPre在光栅周期为340 μ m,光栅倾斜角为80°时的透射光谱图；图2TLPR；的工作示意图；图3基于闪耀长周期光纤的折射率传感器示意图；图中1、长周期光栅所决定的损耗峰，2、光栅倾斜所带来的损耗峰，3、激光光源， 4、窄带滤波器，5、起偏器，6、偏振控制器，7、TPLFG，8、光功率计，9、计算机处理系统，10、保偏光纤，11、多模光纤。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。如图3所示，本发明的结构包括激光光源3、窄带滤波器4、起偏器5、偏振控制器 6、TLPTO7、光功率计8、计算机处理系统9、保偏光纤10和多模光纤11。其中激光光源3、窄带滤波器4、起偏器5、偏振控制器6、TLPTO7和光功率计8沿光的传播方向依次布置，TLPTO 输出的激光经过多模光纤进入光功率计，光功率计将测得的功率值输入计算机处理系统， 计算机处理系统经过分析计算得到TLPre包层外界环境折射率的大小。如图2所示，本实施例利用TLPre作为传感探测器件，其中的TLPre的周期Λ和光栅倾斜角θ可以根据需要设定，从而可以设置整个系统的工作波长。光栅倾斜角θ的取值范围一般为大于45°且小于90°。如图3所示，在环境温度不变的情况下，由激光光源3产生激光，激光经过窄带滤波器4选出预先设定好的波长的光，然后此波长的光经过起偏器5输出偏振光，之后输出的偏振光经过偏振控制器6输出所需要的偏振化方向的偏振光，此偏振光再经过保偏光纤10 进入TLPTO7被耦合进入包层，之后一部分光泄漏出光纤，一部分从TLPTO7输出经过多模光纤11进入光功率计8，得到输出光功率，最后将得到的功率值输入计算机处理系统9，经过分析计算，得到TLPTO7包层外界环境折射率的大小。本发明的原理当一束宽谱光源发射的光通过起偏器和偏振控制器进入TPLFG 后，用光谱仪接收输出光，在1400-1600nm波长范围内出现如图1所示的两个损耗峰，其中损耗峰1是由长周期光纤光栅的特性所决定的，损耗峰2是由光栅倾斜带来的，此图是在光栅周期为340 μ m，光栅倾斜角为80°时的透射光谱图。在周期和光栅的倾斜角(大于45° 小于90° )确定的情况下，TPUG可以将某个特定波长的光耦合进入包层，成为包层模或辐射模，包层模或辐射模在包层和外界环境的分界面处会发生光功率泄漏，如图2所示。但是在包层外界的环境折射率不同的情况下，包层模或辐射模向外界的功率泄漏量是不同的， 这样根据输出端探测到的光功率的大小就可以计算环境折射率的大小。所以当环境温度不变时，在TLPre周期和倾斜角确定的情况下，就可以在只输入能产生损耗峰2的波长的光的情况下，根据输出端探测到的光功率的大小，由计算机处理系统得到环境的折射率大小。实施例本实施例中TLPTO7的周期为340 μ m，光栅倾斜角为80°，其透射谱如图1所示结果，损耗峰2所在中心波长为1545nm，故激光光源3选用中心波长为1545nm的激光器，窄带滤波器4中心波长也为1545nm。整个系统的工作工程如下(在环境温度不变的情况下)
激光光源3产生1545nm波段的激光，进入窄带滤波器4。经过滤波器4的激光进入起偏器5，形成偏振光，此偏振光然后进入偏振控制器6。利用偏振控制器6调整偏振光的偏振化方向到某一合适状态，经过保偏光纤10进入TLPTO7。进入TLPTO7后的偏振光一部分经耦合泄露到光栅外界，一部分由TLPTO7输出经过多模光纤11进入激光功率计8。将激光功率计8的测量结果输入计算机控制系统9，经过分析计算得出TLPTO7外界的折射率大小。所以，当TLPTO7外界环境的折射率改变时，便可通过本系统实时测得其大小。以上对本发明所提供的一种基于闪耀长周期光纤光栅的折射率传感器进行详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.基于闪耀长周期光纤光栅的折射率传感器，其特征在于包括沿光的传播方向依次布置的激光光源、窄带滤波器、起偏器、偏振控制器、保偏光纤、TLPre、多模光纤和激光功率计；其中TLPre输出的激光经过多模光纤进入光功率计，光功率计将测得的功率值输入计算机处理系统，计算机处理系统经过分析计算得到TLPre包层外界环境折射率的大小；所述TLPre为闪耀长周期光纤光栅。
2.根据权利要求ι所述的基于闪耀长周期光纤光栅的折射率传感器，其特征在于所述TLPre的光栅倾斜角大于45度且小于90度。
全文摘要
本发明公开了一种折射率传感器，具体为一种基于闪耀长周期光纤光栅的折射率传感器。本传感器包括沿光的传播方向依次布置的激光光源、窄带滤波器、起偏器、偏振控制器、保偏光纤、TLPFG、多模光纤和激光功率计。其中TLPFG输出的激光经过多模光纤进入光功率计，光功率计将测得的功率值输入计算机处理系统，计算机处理系统经过分析计算得到TLPFG包层外界环境折射率的大小。TLPFG的光栅的倾斜角大于45度且小于90度。本传感器系统采用TPLFG作为传感探测器件，采用偏振光作为输入信号光，整个系统具有灵敏度高，体积小，成本低，抗腐蚀、抗电磁干扰、对被测环境的影响小、可以远程测量和易于实现分布式的多点传感等优点。
文档编号G01N21/41GK102183488SQ20111005339
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月4日 优先权日2011年3月4日
发明者冯亭, 延凤平, 彭万敬, 李琦, 梁骁, 王强, 陶沛琳 申请人:北京交通大学