[发明专利]线状沟槽型光纤包层表面Bragg光栅

说明书

技术领域

本发明涉及光纤Bragg光栅，具体涉及线状沟槽型光纤包层表面Bragg光栅。

背景技术

以光纤通信和光纤传感技术为代表的信息技术和传感器技术在20世纪70年代以来至今，极大的推动了人类社会的进步。光纤光栅按照周期大小可以分为光纤Bragg光栅(即，FBG，周期小于1μm)和长周期光纤光栅(周期为几十～几百μm)两种最基本的类型。目前，制作FBG的最常用方法是基于紫外曝光的相位掩膜板法，该方法要求光纤材料具有光敏性，而且需要通过载氢的方法来增加其光敏性。2007年，英国Aston大学的I.Bennion等使用800nm的飞秒激光器在单模光纤的纤芯内成功的写入了一阶、二阶和四阶的Bragg光栅，该方法能够直接造成光纤纤芯表面或内部的周期性结构性损坏点，所构成的纤芯Bragg光栅具有许多特点，比如：1)对光纤材料没有特殊的要求，不要求光纤具有光敏性，也不需要载氢处理等复杂耗时的处理过程；2)可以方便快捷的写入所需的任何周期的Bragg光栅；3)由于是属于结构性的损坏且写入的周期性结构不处于光纤的圆对称中心轴位置，因此写入的Bragg光栅具有很高的纤芯双折射效应。4)由于光栅是纤芯内部的结构性损坏形式，因此引入的平均折射率变化幅度较传统的紫外曝光法写入的光栅大得多，所以可仅制作很少的光栅周期即可获得很高的光谱反射率。

目前，使用飞秒激光器刻写的FBG，其光栅位置都是写在纤芯的内部或纤芯与包层的交界面。飞秒激光器刻写的这类FBG具有一些特殊的传感特性，比如：可在极高的温度(800℃)以上保持良好的温度敏感线性特性。但是，飞秒激光刻写在纤芯的内部或纤芯与包层的交界面的Bragg光栅，仍然与传统的紫外曝光的相位掩膜板法写入纤芯的Bragg光栅一样，本质上对外部介质折射率不敏感。

过去十多年，为了使得传统FBG对外部介质折射率进行传感，许多人采用化学溶液腐蚀或侧面研磨的方法去除FBG的全部包层或大部分包层，形成微米直径量级的Bragg光栅(直径3μm～15μm、长度1mm～20mm)，于是可使其纤芯模的倏逝场透射到外部待测介质中，则FBG将对外部介质折射率的变化将十分敏感，从而可将其应用于生物化学、医学、生命科学等相关领域的各种参量的检测。但化学腐蚀或侧面研磨FBG包层的方法存在许多的缺点，比如：无法保证光栅表面的均匀性，因此使得光栅的谐振光谱展宽，导致传感中的测量精度降低，甚至无法使用；降低了FBG的机械强度，导致使用过程中操作困难、容易折断；化学腐蚀或侧面研磨的过程耗时较长，过程不好控制，重复性不好。而目前，本发明所提出的线状沟槽型光纤包层表面Bragg光栅传感器，国内外尚无相关报道。

发明内容

针对上述已有技术存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提供线状沟槽型光纤包层表面Bragg光栅。

为了解决上述技术问题，根据本发明的技术方案，一种线状沟槽型光纤包层表面Bragg光栅，其特点是：所述光纤包层表面Bragg光栅设置在单模光纤的光纤包层的外表面；该光纤包层表面Bragg光栅由若干条线状沟槽构成；且若干条线状沟槽沿光纤的轴向呈现周期性的分布；所述线状沟槽的槽道沿光纤圆周方向分布；所有线状沟槽的轴对称线在一条直线上，该直线与光纤中心轴平行。

本发明线状沟槽型光纤包层表面Bragg光栅对折射率十分敏感的原理是：由于Bragg光栅结构处于包层的外表面边界，所以该Bragg光栅对高阶包层模的光波场中符合谐振条件的光波长的反射明显大于对低阶包层模的光波场中符合谐振条件的光波长的反射，又由于外部介质折射率变化对高阶包层模的倏逝场的影响远大于低阶包层模的倏逝场的影响，因此，当外部待测介质的折射率发生变化的时候，会改变各阶包层模的有效折射率，从而导致光纤包层表面Bragg光栅所反射的各阶包层模的谐振波长的漂移，而且高阶包层模的谐振波长漂移会明显大于低阶包层模的谐振波长漂移。