[发明专利]一种填充型光纤包层光栅制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光栅传感器，特别涉及一种填充型光纤包层光栅制作方法。

背景技术

光纤光栅作为光通信与光纤传感领域的重要技术，已经发展了二三十多年。光纤光栅的谐振波长对应力应变和温度的变化敏感，所以可以用于温度和应力应变的测量。因其具有抗电磁干扰、抗腐蚀、电绝缘、高灵敏度和低成本以及和普通光纤的良好兼容性等优点，使得其近些年在传感领域越来越受到关注，现今光纤光栅传感已被应用于各个方面，例如高速公路、桥梁、大坝、矿山、机场、船舶、地球技术、铁路、油或气库的监测。

传统的光纤光栅制作是将纤芯材料具有光敏性的光纤用紫外光曝光获得折射率调制。这种类型的光纤光栅可以将正向传输的纤芯模耦合到反向传输的纤芯模，或者将纤芯模耦合向光纤包层形成包层模，两种情况分别对应短周期的布拉格光纤光栅与长周期光纤光栅。现今的光纤光栅传感原理也是基于以上两种耦合方式。

前几年有相关文献和报道开始提及了光纤包层光栅的概念，提到的制作方法与传统的光纤光栅制作方法类似，都是将光敏性物质曝光获得折射率调制，只不过针对光纤包层光栅，光纤的纤芯材料不具有光敏性而包层材料需具备光敏性，而这样的光纤的制作是困难的，且这类用曝光方式获得的光纤包层光栅与传统光纤光栅相比，在耦合性能上没有多少区别，因此限制了此类光纤包层光栅的广泛应用。在此，我们提出一种新型光纤包层光栅，可以有效解决上述问题与不足。

发明内容

本发明是针对光纤包层光栅实现光纤包层折射率调制而纤芯不受影响困难的问题，提出了一种填充型光纤包层光栅制作方法，避开光纤包层光栅制作上的难点，在光纤包层形成周期性空间，来获得折射率调制，同时比传统光纤光栅纤芯折射率调制具有更好的灵敏性和精确度。

本发明的技术方案为：一种填充型光纤包层光栅制作方法，上下两层为光纤包层，中间为光纤纤芯，在光纤包层上绕光纤轴形成周期性空间，形成包层起伏型光栅，被测物质填充周期性空间。

所述周期性空间可通过光刻或激光加工方法绕光纤轴周期性刻制凹槽，被测物质填充凹槽。

所述周期性空间可为有规则的密闭的周期性空气圈，等效为光栅结构，光纤成型后在光栅区打微孔，被测物质渗透或注入光栅空气圈内。

所述周期性空间由易被溶解腐蚀的物质形成有规则的密闭的周期性光栅，光纤成型后在光栅区打微孔，然后用化学溶剂溶解周期性光栅内易被溶解腐蚀的物质，形成空白空间后用被测物质填充。

本发明的有益效果在于：本发明填充型光纤包层光栅制作方法，利用光纤模式耦合的耦合强度或谐振波长的漂移量直接感知包层折射率调制的调制强度（即被测物质的折射率或折射率变化量），在物质折射率测量或传感方面比传统光纤光栅以及曝光法制作的光纤包层光栅具有更好的灵敏性和精确度，以及更广泛的适用范围。

附图说明

图1为本发明直接填充型光纤包层光栅结构剖面示意图；

图2为本发明空气圈注入型光纤包层光栅结构剖面示意图。

具体实施方式

在此提出一种新类型的光纤光栅——填充型光纤包层光栅，即折射率调制发生在光纤包层。理论研究发现，光纤包层光栅纤芯模与包层模耦合的耦合特性与传统的光纤光栅一样，换言之，针对此种类型的耦合，传统的长周期光纤纤芯光栅可由长周期的光纤包层光栅等效。研究还发现纤芯模的正反向耦合有所减弱，但包层模的自耦合变强，且具有包层模的模式转换特性。此类新型光纤光栅相比传统的光纤光栅，在传感方面有更大的优越性，它的谐振波长与耦合强度可以直接依赖于包层折射率调制材料对环境的敏感性，能大大提高环境参数测量的灵敏度。

填充型光纤包层光栅，首先，将光纤包层制成包层起伏型结构的光栅，再用被测物质填充光栅的凹槽空间，达到折射率调制的效果，进而通过直接测量被填充物质的折射率来实现物质折射率的测量，或通过测量被填充物质折射率的变化量来达到传感的目的。