[发明专利]一种可用于分布式光纤拉曼温度传感的新型传感光纤

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种可用于分布式光纤拉曼温度传感的新型传感光纤。

背景技术

温度作为工农业生产和科学研究中的一个重要参数，其测量显得极为重要。传统的温度传感器包括热电偶，热电阻温度传感器，半导体温度传感器等。光纤传感器是一种新型的传感器。与传统的温度传感器相比，有着体积小、重量轻，稳定性好，重复性好，易于与光纤连接，光谱特性好，抗腐蚀，抗电磁干扰等优点而被广泛研究。

基于光纤光栅技术的光纤温度传感器，采用波长编码技术，消除了光源功率波动及系统损耗的影响，适用于长期监测;而且多个光纤光栅组成的温度传感系统，采用一根光缆，可实现准分布式测量。但基于光纤光栅的温度传感器是一种多点式测量的温度传感装置，只能对局部进行测温，无法对整条线路进行实时温度监测。

分布式光纤拉曼温度传感器采用光纤拉曼散射效应测温。传感所用光纤既是传输介质又是传感介质，是一种本征型的光纤传感器。光纤所处空间各个点的温度场调制了光纤中的背向拉曼散射光的强度，经波分复用器和光电检测器采集了带有温度信息的背向拉曼散射电信号，在经过信号处理，解调后将温度信息显示出来。分布式光纤拉曼温度传感器是一种实时的、在线的光纤温度测量系统，具有本质安全性，是近几十年发展起来的一种用于实时测量空间温度场的高新技术。目前，分布式光纤拉曼温度传感器中所使用的传感光纤多为普通单模光纤。为了防止在光纤中产生受激的拉曼散射以及级联的受激布里渊散射、四波混频等其它的光纤非线性效应产生的干扰，要有效的控制探测激光器和泵浦激光器的功率。压缩脉宽能提高系统的空间分辨率。传统的传感光纤由于受到非线性阈值的限制，在压缩脉冲脉宽的同时就减少了泵浦激光强度，降低系统的信噪比，也因此降低了系统的温度分辨率。因此，如何提高光纤非线性阈值成为了解决这一矛盾的途径之一。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有的分布式光纤拉曼温度传感系统泵浦功率受到光纤非线性拉曼阈值限制，从而限制了系统的测量长度和精度的缺点，提供了一种可用于分布式光纤拉曼温度传感的新型传感光纤。

本发明所采取的技术方案为:

设计一种传感测量光纤，该光子晶体光纤分为包层、纤芯和孔外背景材料；包层中含有五层以纤芯为中心、呈周期性排列的空气孔结构，空气孔直径为d；每相邻的三个空气孔排列成正三角形，其中孔间距为Λ；孔外背景材料为高折射率的材料，如硅玻璃基底或聚合物材料；纤芯由孔外背景材料中心区域一个空气孔缺失形成，其形成材料与孔外背景材料相同；

所述的孔间距Λ的取值范围为：10μm≤Λ≤20μm；

所述的空气孔直径d的取值范围为：0.19Λ≤d≤0.45Λ。

本发明所具有的优点为：

本发明的传感光纤模场面积较普通单模光纤而言，提高了数倍。光纤作为分布式光纤拉曼温度传感系统所用的传感测温光纤，一方面传输损耗几乎为零；拉曼散射截面较大；另一方面使得光纤的受激拉曼阈值成倍的提高，有效的防止了在提高系统泵浦光功率的同时，在光纤中产生受激的拉曼散射以及级联的受激布里渊散射、四波混频等其它的光纤非线性效应带来的干扰，增强了反斯托克斯光的信号强度，提高了系统的信噪比，从而有效的提高了传感系统的测量长度和精度。

附图说明

图1为本发明的截面示意图；

图2为图1光纤的模场面积随波长变化示意图；

图3为光纤的非线性拉曼阈值在1550nm处随波长的变化示意图；其中（1）为光子晶体光纤；（2）为普通单模光纤。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一实施例进一步描述。

如图1所示，该光子晶体光纤分为包层1、纤芯3和孔外背景材料2；包层中含有五层周期性排列的空气孔结构，空气孔直径为d为4μm；每相邻的三个空气孔排列成正三角形，其中孔间距Λ为16μm；孔外背景材料为高折射率的材料-硅玻璃基底；纤芯由孔外背景材料中心区域一个空气孔缺失形成，其形成材料与孔外背景材料相同。

本发明实现长距离分布式光纤拉曼温度传感的关键技术为：

脉冲激光器发出激光脉冲，经过耦合器注入本发明传感光纤。由于该光纤模场面积较大，因而极大的提高了光纤非线性拉曼阈值，使得传感系统所用泵浦激光器功率提高，从而达到大大增加传感测量长度和精度的目的。图2给出了该实施例光纤的模场面积随波长变化示意图（普通单模光纤模场面积约80μm²）。