[发明专利]基于飞秒激光写入的晶体光波导散斑温度测量方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于飞秒激光写入的晶体光波导散斑温度测量方法及系统，其技术特点在于：包括以下步骤：步骤1、采用飞秒激光写入技术在立方系晶体中写入通道型包层光波导；步骤2、采用端面耦合技术将不同波长的激光耦合进入所述步骤1的通道型包层光波导，并在改立方系晶体温度的同时记录温度变化过程中通道型包层光波导出射端的散斑图；步骤3、对步骤2中不同温度下所收集的散斑图样进行计算处理来解析温度变化。本发明利用飞秒激光写入技术制备的不同几何形状的晶体波导可以提高温度测量的测量精度，扩大温度测量的动态范围。

技术领域

本发明属于温度测量技术领域，涉及晶体光波导散斑温度测量，尤其是一种基于飞秒激光写入的晶体光波导散斑温度测量方法及系统。

背景技术

散斑普遍存在于激光照明和相干成像系统，它由大量细微的高反差亮斑构成，是激光与物体相互作用后光强随机分布的现象，由于物体的位移或变形等状态变化必然引起散斑场的变化，因此通过测量散斑场的变化就可以获取物体的状态变化信息。

目前，温度测量技术是人类生产生活中不可或缺的技术之一，多模光纤散斑传感技术作为一种新兴传感技术也可用于环境温度的测量，它基于光纤中光传导模式的分布随外界温度变化而改变的原理，具有高灵敏度、低成本等优点。但是由于光纤的几何长度较长，绕圈之后固定较为麻烦，且占用体积较大，测量过程中测量精度和稳定性极易受震动影响；另一方面，散斑统计法只适用于较小的温度变化，所以此技术对于温度测量的动态范围较小，虽然通过建立新的参考散斑可以提升其动态范围，但这又会带来新的测量误差。

因此，如何研发一种温度测量精度高、稳定性强且测量的动态范围大的晶体光波导散斑温度测量方法及系统是本领域技术人员需要解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种设计合理、温度测量的动态范围大且测量精度高的基于飞秒激光写入的晶体光波导散斑温度测量方法及系统。

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于飞秒激光写入的晶体光波导散斑温度测量方法，包括以下步骤：

步骤1、采用飞秒激光写入技术在立方系晶体中写入不同几何形状的通道型包层光波导，且该通道型包层光波导的芯径取值范围为50μm-100μm；

步骤2、采用端面耦合技术将不同波长的激光耦合进入所述步骤1的通道型包层光波导，并在改立方系晶体温度的同时记录温度变化过程中通道型包层光波导出射端的散斑图；

步骤3、对步骤2中不同温度下所收集的散斑图样进行计算处理来解析温度变化。

而且，所述步骤1的立方系晶体为铌酸锂晶体，在铌酸锂晶体中写入半圆形的通道型包层光波导，且该通道型包层光波导的芯径取值范围为60μm。

而且，所述步骤3的具体方法为：设置初始温度下的散斑图为参考，采用如下公式计算出温度变化之后的散斑图与参考散斑图之间的平均强度变化，并将温度变化与对应的散斑强度变化进行线性拟合，并根据此线性关系来解析温度变化；

上式中，AIV表示温度变化之后的散斑图与参考散斑图之间的平均强度变化，X·Y表示散斑图的像素大小，(x,y)表示散斑图中某个像素的坐标，代表初始散斑图在(x,y)坐标处的像素灰度值，则为第i个温度状态下所拍摄散斑图在对应位置处的像素灰度值。