[发明专利]基于长周期光纤光栅和细芯光纤的温度与应变测试方法

权利要求书

1.一种基于长周期光纤光栅和细芯光纤的温度与应变测试方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：在细芯光纤上采用飞秒激光直写的方法刻写长周期光纤光栅LPFG；

步骤二：利用刻有LPFG的细芯光纤与普通单模光纤熔接构成的马赫曾德结构对LPFG进行调制；

步骤三：得到马赫曾德谐振峰波长的变化与外界温度的变化成近似的线性关系，马赫曾德谐振峰强度的变化与外界温度的变化△T和应变△ε成近似的线性关系，从而得到温度和应变的变化量与谐振峰强度与波长的变化矩阵；

步骤四：通过光谱仪检测细芯光纤马赫曾德透射谱谐振峰的波长变化值△λ和强度变化值△P，带入步骤三的变化矩阵中，得出环境温度和应变的改变情况。

2.根据权利要求1所述的测试方法，步骤一中所述LPFG直写系统包括飞秒激光器、高精度加工平台、光谱仪、宽带光源；所述细芯光纤的芯径尺寸为5/130微米；所述LPFG的透射波长在1.5微米波段；所述普通单模光纤(SMF-28E)的芯径尺寸为9/125微米；所述宽带光源波段为1500～1620nm。

3.根据权利要求1或2所述的测试方法，步骤二中所述刻有LPFG的细芯光纤两端与芯径较粗的单模光纤(SMF-28E)熔接，形成马赫曾德结构，基于细芯光纤马赫-曾德干涉仪结构总光强I为

其中I₁、I₂和分别为细芯光纤中纤芯和包层的光强和相移差，且

其中，n₁和n₂分别为纤芯和包层的有效折射率，L₁和L₂分别为光束在纤芯和包层中传输的长度；由于干涉臂长度相等，且存在折射率差Δn，则有

由公式(1)和公式(3)可知，传输谱中的峰值发生在满足下式的波长处，其中m为整数

2πLΔn/λ＝2mπ (4)

经过简化，公式(4)表示为

m＝LΔn/λ(5)

对公式(5)中λ进行求导可得

Δm/Δλ＝-LΔn/λ²(6)

取Δm＝1，得到在波长λ处传输谱中相邻峰值的波长间隔为

|Δλ|＝λ²/LΔn (7)

由公式(7)可知，该马赫-曾德梳状滤波器的梳状谱中，相邻峰值的波长间隔与中心波长、细芯光纤长度和纤芯与包层的折射率差有关；当中心波长一定时，相邻峰值的波长间隔是细芯光纤长度和纤芯与包层间折射率差的函数。