专利名称：长周期光纤光栅的温度传感装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及温度传感装置，特别是一种长周期光纤光栅的温度传感装置，属于光纤通信和光纤传感领域。
背景技术：
长周期光纤光栅(LPFG)的光栅周期远远大于一般的光纤光栅，通常为几十微米到几百微米。从模式耦合理论出发，长周期光栅实现的是光纤同向模式之间的耦合，即导模与包层模之间的耦合。长周期光纤光栅的传输特性会因外界温度、应力、弯曲等的影响而改变。当外界因素变化时，对应于某一频率的导模与包层模的传输常数的变化是不同的。但是外界温度较高时，通过紫外技术写入纤芯的光栅会被抹平，长周期效应消失。
文献[C.Y.Lin and L.A.Wang，“Loss-tunable Long Period FibreGrating Made From Etched Corrugation Structure”，Electron.Lett.，vol.35，no.21，pp.1872-1873，1999]介绍了一种刻槽LPFG，它是在未刻槽区包层外镀上一层金属层，保护部分包层在制作LPFG的过程中不受腐蚀而形成槽型LPFG。这里金属膜的作用仅仅用于刻蚀光栅。由于这种长周期光栅是通过刻蚀制成的，那么在外界温度较高时，写入的光栅不会被抹平。但它的调制度较低，即温度灵敏度较低。
文献[王义平、饶云江、曾祥楷。长周期光纤光栅弯曲特性的模式耦合理论分析，光子学报，2002，31(10)1205-1208]分析了长周期光纤光栅的弯曲特性，得出了该特性与光纤归一化频率和模式的阶数有关的结论。刻蚀长周期光纤光栅可类比于这种情况。当它发生弯曲时，它的谐振峰对应的中心波长同样发生规律性的变化。

发明内容
本发明的目的是为了解决上述已有技术的不足，提供一种长周期光纤光栅的温度传感装置，它应具有温度灵敏度高、分辨率高的特点。
本发明的技术解决方案是一种长周期光纤光栅的温度传感装置，其特征在于它的构成是在写入了长周期光栅的单模光纤包层上，沿轴向在光纤光栅的一侧自内向外镀有低热敏材料薄膜和高热敏材料薄膜。
所述的长周期光栅的周期为500-900μm，刻蚀后包层直径为65-85μm，光栅总长度为40-60mm。
所述的低热敏材料薄膜和高热敏材料薄膜层对应的圆心角为60-120°，所述的低热敏材料薄膜的厚度为20-30μm。
本发明的基本原理是把温度引起的折射率变化转变为弯曲引起的折射率变化，使得单模光纤中纤芯模式与包层模式的耦合发生变化。长周期光纤光栅的模式耦合属于同向传播的模式之间的耦合，主要是正向传播的导模耦合至正向传播的包层模。当外界温度改变时，镀在光纤一侧面的高热敏材料涂层发生热胀冷缩，使光栅光纤段产生微弯。一方面使光纤变成弯曲波导；另一方面使长周期光栅中每一个被调制的折射率横截面发生倾斜，等效于倾斜啁啾光栅，使光栅条纹可见度降低，每个光栅周期的平均有效折射率调制减小，交叉耦合效率降低。随着弯曲曲率的增加，导致等效的包层平均有效折射率调制逐渐减小，从而导模与低阶包层模耦合的谐振波长有向短波方向漂移的趋势。
本发明的有益效果是，镀膜层的热效应使温度调制转变为光纤光栅弯曲度调制，实现长周期光纤光栅谐振波长的调节，本发明温度灵敏度高，不受外界因素干扰，结构简单，稳定性好。在高温条件下，刻蚀的光栅不会被抹平，适用于高温测量。
下面结合附图对本发明进一步说明。


图1是镀膜长周期光纤光栅的纵向剖视图。
图2是镀膜长周期光纤光栅原包层直径处的横向剖视图。
图3是镀膜长周期光纤光栅刻蚀后包层直径处的横向剖视中1是光纤纤芯，2是光纤包层，3是热敏材料镀膜层，4是长周期光纤光栅周期，5是刻蚀后光纤包层直径，6是长周期光纤光栅长度，7是镀膜层对应圆心角，8是低热胀系数镀膜层。
具体实施例方式
本发明的实施例如图1所示。由图可见，本发明长周期光纤光栅的温度传感装置，它的构成是在写入了长周期光栅的单模光纤包层2上，沿轴向在光纤光栅的一侧自内向外镀有低热敏材料薄膜8和高热敏材料薄膜3。所述的长周期光栅的周期4为500-900μm，刻蚀后包层直径为65-85μm，光栅总长度6为40-60mm。所述的低热敏材料薄膜8和高热敏材料薄膜层3对应的圆心角为60-120°，所述的低热敏材料薄膜的厚度为20-30μm。长周期光纤光栅可通过光刻和腐蚀的方法实现，镀膜层可通过掩膜和真空镀膜技术实现。当圆心角小于60°或大于120°时，镀膜层3的变化不足以使光栅段发生明显弯曲，致使温度灵敏性降低。低热胀系数镀膜层8太薄或太厚，均会降低镀膜层3温度形变的效果，使得光栅弯曲度降低，温度灵敏性降低。
其工作过程如下光进入单模光纤，在纤芯1中传播的为导模，在包层2中传播的为包层模。当外界温度变化时，高热胀系数镀膜层3发生热胀冷缩，低热胀系数镀膜层8几乎不受温度影响，致使光纤发生弯曲，引起导模和包层模的耦合率变化，使谐振波长发生相应的位移。
经实验证明，本发明具有温度灵敏度高，结构简单，稳定性好，耐高温的特点，可应用于高温测量、多点式温度测量等。
权利要求
1.一种长周期光纤光栅的温度传感装置，其特征在于它的构成是在写入了长周期光栅的单模光纤包层(2)上，沿轴向在光纤光栅的一侧自内向外镀有低热敏材料薄膜(8)和高热敏材料薄膜(3)。
2.根据权利要求1所述的长周期光纤光栅的温度传感装置，其特征在于所述的长周期光栅的周期(4)为500-900μm，刻蚀后包层直径为65-85μm，光栅总长度(6)为40-60mm。
3.根据权利要求1所述的长周期光纤光栅的温度传感装置，其特征在于所述的低热敏材料薄膜(8)和高热敏材料薄膜层(3)对应的圆心角为60-120°，所述的低热敏材料薄膜的厚度为20-30μm。
全文摘要
一种长周期光纤光栅的温度传感装置，属于光纤通信和光纤传感领域。它是通过腐蚀在单模光纤包层上写入长周期光栅，再沿轴向在光纤一侧先后镀上低热敏和高热敏材料。当外界温度变化时，外镀膜层的热胀冷缩使光栅产生微弯，使得长周期光纤光栅的谐振波长发生变化。本传感装置具有温度灵敏度高，结构简单，稳定性好，耐高温的特点，可应用于高温测量、多点式温度测量等。
文档编号G01K11/00GK1587935SQ200410066390
公开日2005年3月2日 申请日期2004年9月15日 优先权日2004年9月15日
发明者何慧灵, 瞿荣辉, 阮昊 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所