[发明专利]用于同时测量温度和应变的光纤

说明书

本公开涉及用于同时测量温度和应变的光纤。本文公开了一种光纤，该光纤在光纤的纤芯中包括多个掺杂剂浓度分布；其中第一掺杂剂浓度和第二掺杂剂浓度各自以逐步方式变化，并且其中第一掺杂剂浓度与第二掺杂剂浓度的比率能够操作以导致给定波长处的基本光学模式与多种声学模式的相互作用，从而在布里渊散射光谱中将二级峰、三级峰或四级峰的布里渊散射强度比相对于初级峰的布里渊散射强度的比率增加到大于0.4。

相关申请的交叉引用

本申请是要求于2017年12月14日提交的美国临时申请No.62/598,515的权益的非临时申请，该临时申请通过引用整体并入本文。

技术领域

本文公开了可以用于测量温度和应变的光纤。更具体而言，本文公开了可以用于独立测量温度和应变的光纤。

背景技术

光纤中的布里渊(Brillouin)散射用于分布式应变和温度测量，因为(在光纤中)后向散射布里渊斯托克斯(Brillouin Stokes)的频率偏移取决于在操作期间施加到光纤的温度和应变两者。为了独立地测量温度或应变，布里渊散射峰的整体频率偏移需要被解耦成温度引起的偏移和应变引起的偏移。

为了区分温度和应变引起的偏移的影响，已经提出并应用了几种方法：1)使用其中两根光纤被部署成其中一根光纤与应变隔离的传感器系统；2)使用至少两根光纤或双纤芯光纤的传感器系统，其中每根光纤或每个纤芯具有不同的温度和应变偏移系数；3)使用少模(few-mode)光纤；或者4)具有带不同温度和应变偏移系数的多个布里渊散射峰的色散偏移光纤。

所有这些区分温度和应变引起的偏移的方法都存在缺陷。

发明内容

本文公开了一种光纤，在光纤的纤芯中包括多个掺杂剂浓度分布；其中该多个掺杂剂浓度分布包括第一掺杂剂浓度分布和第二掺杂剂浓度分布；其中第一掺杂剂浓度分布从第一掺杂剂获得，该第一掺杂剂使纤芯的折射率增加到其基础折射率以上，并且第二掺杂剂浓度分布从第二掺杂剂获得，该第二掺杂剂使纤芯的折射率减小到其基础折射率以下；其中第一掺杂剂浓度和第二掺杂剂浓度各自以逐步(stepwise)方式变化，并且其中第一掺杂剂浓度与第二掺杂剂浓度的比率能够操作以导致给定波长处的基本光学模式与多种声学模式的相互作用，从而在布里渊散射光谱中将二级峰、三级峰或四级峰的布里渊散射强度比相对于初级峰的布里渊散射强度的比率增加到大于0.4。

本文还公开了一种方法，包括用第一掺杂剂和第二掺杂剂涂覆玻璃管的内表面；使玻璃管塌陷(collapse)，以形成固体预制件；拉制固体预制件，以形成光纤；其中，在光纤中，第一掺杂剂浓度和第二掺杂剂浓度各自以逐步方式变化，并且其中第一掺杂剂浓度与第二掺杂剂浓度的比率能够操作以导致给定波长处的基本光学模式与多种声学模式的相互作用，从而在布里渊散射光谱中将二级峰、三级峰或四级峰的布里渊散射强度比相对于初级峰的布里渊散射强度的比率增加到大于0.4。

附图说明

图1是布里渊增益谱相对于光纤的频率偏移的图。虽然峰之间的频率间隔足够大，但二级布里渊散射峰和三级布里渊散射峰的强度太弱而无法进行准确的测量；

图2A反映了所公开的光纤的掺杂剂浓度分布；

图2B是描绘具有图2A的掺杂剂浓度分布的光纤的模拟布里渊散射光谱的图；

图3反映了所公开的光纤的另一种掺杂剂浓度分布；

图4描绘了对于具有图2A的掺杂剂浓度分布的光纤，位于大于10.8GHz的频率的强峰，其强度为在10.48GHz处的初级峰的强度的约98％；以及

图5是描绘实验光纤的三个峰的作为温度的函数的测量频率偏移的图。

具体实施方式