專利名稱：一種光纖布拉格光柵矢量彎曲傳感器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種光纖布拉格光柵矢量彎曲傳感器及其制備方法。
背景技術(shù)：
傾斜光纖布拉格光柵是一種光柵條紋與光纖軸向存在一定角度的新型的光無(wú)源器件。光纖光柵傳感器與傳統(tǒng)的電學(xué)傳感器相比較，具有低損耗、高精度、尺寸小、重量輕、抗電磁干擾、化學(xué)穩(wěn)定及電絕緣等優(yōu)點(diǎn)。而在光纖光柵傳感器中，傾斜光纖布拉格光柵不僅具有普通光纖布拉格光柵的特性，還具有與長(zhǎng)周期光纖光柵相似的特性。同時(shí)，傾斜光纖布拉格光柵還具有集成度高、體積小、易封裝和受交叉敏感小等優(yōu)點(diǎn)。因此，用它制作的新型光子學(xué)器件在光纖通信，光纖傳感以及其它領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景。在矢量彎曲傳感領(lǐng)域中，許多實(shí)際應(yīng)用比如房屋建筑，橋梁，船舶，精密器械等，不僅要求傳感器測(cè)出彎曲的型變量，更要求同時(shí)測(cè)出彎曲的方向，而且彎曲的方向可能來(lái)自于任何一個(gè)方向。傳統(tǒng)的矢量彎曲傳感器是基于普通光纖布拉格光柵、長(zhǎng)周期光纖光柵，或者是在特殊光纖中刻寫(xiě)普通布拉格光纖光柵。其缺點(diǎn)在于測(cè)量的曲率的方向有限，易受交叉敏感的印象，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種光纖布拉格光柵矢量彎曲傳感器，該矢量彎曲傳感器在兩個(gè)維度上都有不對(duì)稱性，實(shí)現(xiàn)任何一個(gè)方向的曲率測(cè)量。本發(fā)明還提供制備上述光纖布拉格光柵矢量彎曲傳感器的方法?！N矢量彎曲光纖光柵傳感器，包括刻寫(xiě)有光纖布拉格光柵的光纖，其特征在于，所述光纖的兩個(gè)維度方向上的光纖布拉格光柵不對(duì)稱。進(jìn)一步地，所述光纖布拉格光柵是通過(guò)對(duì)所述光纖的單面激光照射形成，所述光纖布拉格光柵中心與所述光纖的中心存在偏離，所述布拉格光柵的條紋與所述光纖軸向形成傾斜角。進(jìn)一步地，所述傾斜角為I 8度。一種制備所述的矢量彎曲光纖光柵傳感器的方法，具體為光路組建步驟將光纖置于由飛秒激光光源、平凸柱透鏡、相位掩模板和光纖調(diào)整架構(gòu)成的飛秒激光寫(xiě)入系統(tǒng)；光路對(duì)準(zhǔn)步驟打開(kāi)所述飛秒激光光源，將其功率設(shè)為小于刻寫(xiě)布拉格光纖光柵所需激光強(qiáng)度閾值；所述飛秒激光光源發(fā)出的飛秒激光光束依次穿過(guò)所述平凸柱透鏡和相位掩模板，在所述相位掩模板后方呈現(xiàn)一個(gè)線狀光斑；調(diào)整所述光纖相對(duì)于所述線狀光斑的位置使得所述光纖的纖芯與所述線狀光斑重合；調(diào)節(jié)所述光纖調(diào)整架，使得所述光纖軸向的垂直方向與所述飛秒激光光束方向形成傾斜角；光柵刻寫(xiě)步驟增大所述飛秒激光光源的功率直至超過(guò)刻寫(xiě)布拉格光纖光柵所需激光強(qiáng)度閾值，對(duì)光纖進(jìn)行單面激光照射，完成傾斜光纖布拉格光柵的刻寫(xiě)。本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在考慮到矢量彎曲傳感器件的波長(zhǎng)及透射率變化是由于彎曲引起了傳感器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)而產(chǎn)生的，因此要測(cè)量任意方向的彎曲就需要矢量彎曲傳感器件在兩個(gè)維度上都有不對(duì)稱性?，F(xiàn)有的矢量彎曲傳感器只有一個(gè)維度的不對(duì)稱性，因此只能測(cè)量?jī)蓚€(gè)方向的曲率。本發(fā)明利用飛秒激光單面照射刻寫(xiě)傾斜光纖布拉格光柵，秒激光的聚焦位置與光纖的中心有偏離，從而使基于這種傾斜光纖布拉格光柵的矢量彎曲傳感器在兩個(gè)維度上都有不對(duì)稱性，因此可以測(cè)量來(lái)自于任何一個(gè)方向的曲率。


圖I為飛秒激光與入系統(tǒng)不意圖；圖2為本發(fā)明涉及的裝置結(jié)構(gòu)示意具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。一種基于傾斜光纖布拉格光柵的制作方法，包括下述步驟一.光路組建步驟將光纖要刻寫(xiě)傾斜光纖布拉格光柵的部分的涂覆層剝?nèi)ゲ⒂镁凭潦?，置于飛秒激光寫(xiě)入系統(tǒng)中。如圖I所示，飛秒激光寫(xiě)入系統(tǒng)包括飛秒激光光源、平凸柱透鏡2、相位掩模板4和一對(duì)光纖調(diào)整架，飛秒激光光源發(fā)射飛秒激光1，一對(duì)光纖調(diào)整架架設(shè)在光纖5的兩端，以便調(diào)整光纖相對(duì)相位掩模板4的位置。光纖5與飛秒激光傳播方向垂直。二.光路對(duì)準(zhǔn)步驟打開(kāi)飛秒激光光源，將其功率設(shè)為小于刻寫(xiě)布拉格光纖光柵所需激光強(qiáng)度閾值(例如300 500mW);飛秒激光光束經(jīng)過(guò)平凸柱透鏡和相位掩模板，在相位掩模板后方呈現(xiàn)一個(gè)線狀光斑，調(diào)整單模光纖尾部相對(duì)于線狀光斑的位置，使光纖的纖芯與線狀光斑3重合，再將光纖的一端沿飛秒激光照射方向移動(dòng)一段特定的距離，使光纖與相位掩模板4形成一個(gè)傾斜角度6，即使得光纖軸向的垂直方向與所述飛秒激光光束方向形成傾斜角，傾斜角度6優(yōu)選I 8度；三·加工步驟將飛秒激光的輸出功率調(diào)大，直至超過(guò)刻寫(xiě)布拉格光纖光柵所需激光強(qiáng)度閾值100 300mW,對(duì)光纖單面刻寫(xiě)傾斜光纖布拉格光柵,構(gòu)成基于傾斜光纖布拉格光柵的矢量彎曲傳感器。如圖2所示，該矢量彎曲傳感器在X軸上的不對(duì)稱性來(lái)源于飛秒激光9的單側(cè)照射，在面對(duì)激光照射方向(0° )的傾斜光纖布拉格光柵的折射率調(diào)制程度較深,在背向激光照射方向(180° )的傾斜光纖布拉格光柵的折射率調(diào)制程度較淺。在Y軸上的不對(duì)稱性來(lái)源于傾斜角的存在和飛秒激光的光束聚焦中心7與光纖中心8的偏離。因此，基于飛秒激光刻寫(xiě)的傾斜光纖布拉格光柵的矢量彎曲傳感器在兩個(gè)維度上具有不對(duì)稱性，可以測(cè)量任何方向上彎曲的曲率。本發(fā)明中的光纖可采用單模光纖、多模光纖以及光子晶體光纖等等。
基于傾斜光纖布拉格光柵的矢量彎曲傳感器不僅具有光纖傳感器質(zhì)輕、徑細(xì)、柔韌、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，相比于基于光纖布拉格光柵和長(zhǎng)周期光柵的傳感器還有低交叉干擾性和多方向性等優(yōu)點(diǎn) ，在矢量彎曲傳感領(lǐng)域中可以有更為廣泛的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種矢量彎曲光纖光柵傳感器，包括刻寫(xiě)有光纖布拉格光柵的光纖，其特征在于，所述光纖的兩個(gè)維度方向上的光纖布拉格光柵不對(duì)稱。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的矢量彎曲光纖光柵傳感器，其特征在于，所述光纖布拉格光柵是通過(guò)對(duì)所述光纖的單面激光照射形成，所述光纖布拉格光柵中心與所述光纖的中心存在偏離，所述布拉格光柵的條紋與所述光纖軸向形成傾斜角。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的矢量彎曲光纖光柵傳感器，其特征在于，所述傾斜角為I 8度。
4.一種制備權(quán)利要求I或2或3所述的矢量彎曲光纖光柵傳感器的方法，具體為 光路組建步驟將光纖置于由飛秒激光光源、平凸柱透鏡、相位掩模板和光纖調(diào)整架構(gòu)成的飛秒激光寫(xiě)入系統(tǒng)； 光路對(duì)準(zhǔn)步驟打開(kāi)所述飛秒激光光源，將其功率設(shè)為小于刻寫(xiě)布拉格光纖光柵所需激光強(qiáng)度閾值；所述飛秒激光光源發(fā)出的飛秒激光光束依次穿過(guò)所述平凸柱透鏡和相位掩模板，在所述相位掩模板后方呈現(xiàn)一個(gè)線狀光斑；調(diào)整所述光纖相對(duì)于所述線狀光斑的位置使得所述光纖的纖芯與所述線狀光斑重合；調(diào)節(jié)所述光纖調(diào)整架，使得所述光纖軸向的垂直方向與所述飛秒激光光束方向形成傾斜角； 光柵刻寫(xiě)步驟增大所述飛秒激光光源的功率直至超過(guò)刻寫(xiě)布拉格光纖光柵所需激光強(qiáng)度閾值，對(duì)光纖進(jìn)行單面激光照射，完成傾斜光纖布拉格光柵的刻寫(xiě)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的矢量彎曲光纖光柵傳感器的方法，其特征在于，所述傾斜角為I 8度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述光柵刻寫(xiě)步驟中的飛秒激光光源的功率大于所述刻寫(xiě)布拉格光纖光柵所需激光強(qiáng)度閾值100 300mW。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種光纖布拉格光柵矢量彎曲傳感器，包括刻寫(xiě)有光纖布拉格光柵的光纖，所述光纖布拉格光柵是通過(guò)對(duì)所述光纖的單面激光照射形成，所述光纖布拉格光柵中心與所述光纖的中心存在偏離，所述布拉格光柵的條紋與所述光纖軸向形成傾斜角。本發(fā)明在兩個(gè)維度上具有不對(duì)稱性，能夠測(cè)量任何方向上彎曲的曲率。
文檔編號(hào)G02B6/02GK102620679SQ20121008752
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者李玉華, 王海巖, 陸培祥 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)