[发明专利]一种基于七芯光子晶体光纤温度灵敏度测试方法

说明书

本发明公开了一种基于七芯光子晶体光纤温度灵敏度测试方法。本发明首先利用有限元法计算七芯光子晶体光纤随温度变化的理论灵敏度，通过不断调整七芯光子晶体光纤的长度，使得理论灵敏度达到最高。然后将七芯光子晶体两端与单模光纤熔接，构成传感器头；一端的单模光纤与宽带光源光连接，另一端的单模光纤与光谱仪光连接，将所述的传感器头置于热源中。最后改变热源的温度，在选定的温度点记录光谱透射谱线图；选取其中的一组波谷，并获得不同温度点对应的波谷波长，对波谷波长与不同的温度点进行线性拟合，线性拟合后的斜率即为实际的七芯光子晶体光纤灵敏度。本发明通过模拟与实验结合去研究七芯光子晶体的温度传感特性，具有很大的参考价值。

技术领域

本发明涉及温度检测领域，尤其是涉及一种基于七芯光子晶体光纤温度灵敏度测试方法。

背景技术

温度是海洋环境监测、生物制药业、食品检测、医药和化学工业等领域的重要参量，市场上传统的电学温度传感器由于检测精度低、响应时间长、抗干扰能力弱以及热敏电阻本身受温度影响较大等问题导致其应用环境和应用前景受到很大的限制。光纤不受电磁场影响，传感性能稳定，拥有更高的测量精度和更快的响应时间，被广泛应用在各个领域和一些极限环境中。

七芯光子晶体光纤(Seven-core Photonic Crystal Fiber，SCPCF)在一根光子晶体里有7个纤芯，这7个纤芯通过引入缺陷形成，即在光子晶体里减少若干个空气孔。相对于单芯光子晶体，SCPCF的纤芯多，有着其极高的设计灵活性，较少的热致光束畸变和较大的有效模式面积，使得有可能开发出适用于各种应用的新型光学器件。且由于其模场面积大，损耗降低，输出光波质量高，在温度传感方面性能更优于单芯光子晶体。

然而，目前利用七芯光子晶体作为温度传感器特性研究的特别少，且都是利用数值仿真软件。例如，Min Liu等人在《Seven-core photonic liquid crystal fibers forsimultaneous mode shaping and temperature sensing》中提出利用有限元法将液晶填入SCPCF中进行温度模拟实验的测量，研究发现被液晶渗透纤芯的模式强度，有效模式面积，波导色散和限制损耗与温度有关。这是首次研究了SCPCF作为温度传感器特性研究但仅限于模拟软件。

发明内容

本发明旨在提供一种理论与实验结合的方法，深入探究七芯光子晶体光纤的温度传感特性，寻找最优的七芯光子晶体长度，以解决现有的光子晶体测温度灵敏度低的问题。

本发明的方法具体是：

步骤一、利用有限元法计算七芯光子晶体光纤随温度变化的理论灵敏度，通过不断调整七芯光子晶体光纤的长度，使得理论灵敏度达到最高。

步骤二、将七芯光子晶体两端与单模光纤熔接，构成传感器头；一端的单模光纤与宽带光源光连接，另一端的单模光纤与光谱仪光连接，构成温度传感装置，将所述的传感器头置于热源中。

步骤三、改变热源的温度，在选定的温度点记录光谱透射谱线图；选取其中的一组波谷，并获得不同温度点对应的波谷波长，对波谷波长与不同的温度点进行线性拟合，线性拟合后的斜率即为实际的七芯光子晶体光纤灵敏度。

与现有的单芯光子晶体测温度方法相比，本发明具有以下有益效果：

一、七芯光子晶体模场面积大，损耗降低，输出光波质量高，将其作为温度传感在性能更优于单芯光子晶体。

二、七芯光子晶体光纤纤芯多，有着其极高的设计灵活性，较少的热致光束畸变和较大的有效模式面积，使得有可能开发出适用于各种应用的新型光学器件。

三、首次通过模拟与实验结合去研究七芯光子晶体的温度传感特性，具有很大的参考价值。

附图说明