一种新型U形级联长周期光纤光栅传感器制造技术

本实用新型专利技术提供一种新型U形级联长周期光纤光栅传感器，采用两个长周期光纤光栅传感区与U形光纤级联结构，所述传感器包括一U形单模光纤，所述U形单模光纤两侧的直线段上分别对称设置有长周期光纤光栅传感区。本实用新型专利技术所述传感器，两个长周期光纤光栅传感区的存在可以提高灵敏度和半高全宽(FWHM)，U型结构既可以减小传感器的体积实现插入式测量，同时U型结构良好的对称性又可以利用CO

【技术实现步骤摘要】
一种新型U形级联长周期光纤光栅传感器
本技术涉及涉及光纤传感器
，具体为一种新型U形级联长周期光纤光栅传感器。
技术介绍
近年来，随着光电子器件制造技术的不断进步，LPFG(长周期光纤光栅)已成为最有前途的光无源器件之一。在检测领域，LPFG传感器以其体积小、无后向反射、抗电磁干扰、响应快、灵敏度高、性能可靠等优点，在生物、农业、医药、环境和建筑等领域得到了广泛的应用。同时，为了提高LPFG传感器的检测性能，人们提出了多种方法。然而，现有的小周期LPFG传感器采用飞秒激光或相位掩模制作成本太高。在氢氟酸腐蚀光纤熔覆层的过程中，不规范的操作会导致严重的事故。在光纤表面涂覆不同的薄膜和精确控制薄膜的厚度是复杂而困难的。相比较而言，CLPFG传感器更易于实现并获得更好的检测性能，例如在半最大值(FWHM)处窄的全宽度、更高的分辨率和折射率灵敏度。CLPFG(级联长周期光纤光栅)在提高检测性能的同时也带来了一些问题。这种级联结构中的两个LPFGS几乎不能完全相同，因为在制造LPFGS的过程中不可避免地发生变化。LPFG传感器作为一种传输传感器，对应变和扭转敏感。级联结构直接使传感器探头长度增加一倍，使传感器在检测过程中更容易受到干扰。另外，双探头不适合在狭窄的空间应用。在某些液体的检测中，双敏感区需要更多的样品，这在样品稀少、价格昂贵的情况下是不合适的。而且，目前的基于传统原理检测的光纤传感已较为成熟，很难在测量灵敏度和精度上有很大突破，所以构建一个结构简单新颖，具有高灵敏度的光纤光栅传感结构具有很重要的意义。
技术实现思路
针对现有技术中传感器体积大，灵敏度低，测量所需样品多，难以同时制作相同的长周期光纤光栅传感器等问题，本技术提出了一种新型U形级联长周期光纤光栅传感器。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型U形级联长周期光纤光栅传感器，采用两个长周期光纤光栅传感区与U形光纤级联结构，所述传感器包括一U形单模光纤，所述U形单模光纤两侧的直线段上分别对称设置有长周期光纤光栅传感区。进一步地，所述U形单模光纤的长度为25～40cm，U形单模光纤弯曲段曲率半径为0.5～15mm。进一步地，每个长周期光纤光栅传感区与U形单模光纤弯曲段的距离为0～10mm。进一步地，每个长周期光纤光栅传感区有25～40个点，光栅周期为500～700μm。进一步地，每个长周期光纤光栅传感区的光栅区长度为1～3cm。优选，每个长周期光纤光栅传感区有30个点，光栅周期为580μm，光栅区长度为1.74cm。进一步地，两个长周期光纤光栅传感区相同，由CO2激光器同时制造而成。制备上述新型U形级联长周期光纤光栅传感器方法，步骤如下：(a)光纤预处理：取25～40cm单模光纤，除去光纤中间30～90mm长的涂覆层，用酒精洗涤，去除附着在表面的杂质；弯曲光纤形成U形，控制U形弯曲段曲率半径为0.5～15mm，并用本生灯外焰加热固定；(b)固定：将制作好的U形单模光纤的左右两侧固定在载玻片上，将距离U形光纤弯曲段0～10mm的区域放在CO2激光器下方；(c)长周期光纤光栅(LPFG)传感区制作：CO2激光的扫描路径设置为多条平行直线，垂直于两根平行光纤，CO2激光每次扫描U形光纤中的一条直线时，都会在U形光纤的对称位置留下两个凹口；这样制造两个相同的LPFG。本技术的原理为：本技术结构的传感器是用U形光纤将两个相同的长周期光纤光栅在对称的位置连接，形成一个级联结构的干涉型传感器，U形光纤为单模光纤，该U形光纤用作连接两个长周期光纤光栅，并且改变以往直线型级联光栅的结构，易于插入式测量，改变了测量方式，两个长周期光纤光栅在U型光纤两侧直线段上对称的位置作为传感区域；长周期光纤光栅(LPFG)是一种透射型光纤光栅，无后向反射，周期相对较长，满足相位匹配条件的是同向传输的纤芯基模和包层模之间的耦合，因此长周期光纤光栅的谐振波长和幅值对外界环境的变化非常敏感，这使得可以将长周期光栅引入U型传感器中，级联长周期光纤光栅的U型光纤传感器可以提高灵敏度；本技术结构的传感器有着较高的灵敏度，两个长周期光纤光栅传感区的存在可以提高灵敏度和半高宽(FWHM)，U型结构可以缩小传感器的体积，减小传感面积，易于插入式测量及节约测量样品；长周期光纤光栅的谐振波长和幅值对外界环境的变化非常敏感，可以有效的提高传感器的灵敏度，使传感器可以应用于样品检测。本技术与现有技术相比的有益效果是：1.本技术提出的新型U形级联长周期光纤光栅传感器使LPFG传感器能够实现插入测量，改变了以往LPFG传感器的测量方法，使传感器在应用中更加灵活；2.U形级联长周期光纤光栅传感器(UC-LPFG)传感器的传感面积较小，所测样品溶液的成本较低，UC-LPFG传感器结构紧凑，有利于其在狭小空间的应用；3.本技术提出的新型U形级联长周期光纤光栅传感器具有良好的对称性，可以利用CO2激光器同时制造两个完全相同的长周期光纤光栅传感区提高CO2激光器的利用率，降低生产成本，使得传感器在各领域的检测方面有着更为广泛的应用；综上，本技术解决了现有技术中的传感器灵敏度低、体积大、生产成本高的问题，非常适于在传感等领域广泛推广。附图说明图1是本技术的结构示意图；图2是本技术的传感系统图；图3是单个LPFG传感器的透射光谱图；图4是本技术的透射光谱图；图5是单个LPFG传感器在不同折射率乙醇溶液中透射光谱图；图6是本技术在不同折射率乙醇溶液中透射光谱图；图7是不同折射率下单个LPFG的折射率线性拟合曲线图；图8是不同折射率下本技术所述的新型U形级联长周期光纤光栅传感器的折射率线性拟合曲线图；附图标记：1-U形单模光纤；2-光纤纤芯；3-长周期光纤光栅传感区；A-新型U形级联长周期光纤光栅传感器；B-超连续光源；C-CO2激光器；D-系统光路；E-计算机；F-固定装置；G-示波器。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本技术及其应用或使用的任何限制。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型U形级联长周期光纤光栅传感器，其特征在于：采用两个长周期光纤光栅传感区与U形光纤级联结构，所述传感器包括一U形单模光纤，所述U形单模光纤两侧的直线段上分别对称设置有长周期光纤光栅传感区。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型U形级联长周期光纤光栅传感器，其特征在于：采用两个长周期光纤光栅传感区与U形光纤级联结构，所述传感器包括一U形单模光纤，所述U形单模光纤两侧的直线段上分别对称设置有长周期光纤光栅传感区。


2.根据权利要求1所述的一种新型U形级联长周期光纤光栅传感器，其特征在于：所述U形单模光纤的长度为25～40cm，U形单模光纤弯曲段曲率半径为0.5～15mm。


3.根据权利要求1所述的一种新型U形级联长周期光纤光栅传感器，其特征在于：每个长周期光纤光栅传感区与U形单模光纤弯曲段的距离为0～10mm。


4.根据权利要求1所述的一种新...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘云岗，王琦，宋行，吴欧，
申请(专利权)人：常州京洋半导体材料科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32