一種利用保偏光纖光柵實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)及區(qū)域溫度同時(shí)測(cè)量的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光纖溫度傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用保偏光纖光柵實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)及 區(qū)域溫度同時(shí)測(cè)量的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 光學(xué)相干域偏振測(cè)量技術(shù)(0CDP)是一種具有極高精度的分布式偏振耦合測(cè)量技 術(shù)，基于白光干涉的原理，利用掃描式光學(xué)干涉儀進(jìn)行光程補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)不同偏振模式間的干 涉，可對(duì)偏振耦合的產(chǎn)生位置、偏振耦合信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行高精度的測(cè)量與分析，從而獲得光學(xué) 偏振器件的消光比、拍長(zhǎng)等重要參數(shù)。由于它最為直接和真實(shí)地描述了信號(hào)光在光纖光路 中的傳輸行為，所以特別適合于對(duì)光纖器件、組件，以及高精度干涉型光纖傳感光路進(jìn)行測(cè) 試。
[0003] 在保偏光纖外部施加側(cè)向壓力和兩段保偏光纖特征軸以一定角度連接或熔接是 人為產(chǎn)生偏振耦合的常用方法，陳信偉、張紅霞等人在"分布式保偏光纖偏振耦合應(yīng)力傳感 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)"一文中，采用側(cè)向壓力的方式產(chǎn)生了多個(gè)偏振耦合點(diǎn)，利用0CDP系統(tǒng)測(cè)試了耦 合強(qiáng)度與應(yīng)力大小的關(guān)系，同時(shí)指出溫度對(duì)耦合點(diǎn)的強(qiáng)度有一定影響，耦合點(diǎn)的位置不發(fā) 生變化；Zhenyang Ding和Zhuo Meng等人在 "Accurate method for measuring the thermal coefficient of group birefringence of polarization-maintaining fibers"一文中，利用0CDP系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)度為350.3m的保偏光纖進(jìn)行了偏振串?dāng)_測(cè)量，并將保偏 光纖置于不同的溫度場(chǎng)內(nèi)，以保偏光纖兩端的連接器所引入的偏振耦合峰為參考峰，通過 測(cè)量?jī)善耨詈戏逯g的相對(duì)位置變化，完成了保偏光纖雙折射隨溫度變化的測(cè)試。
[0004] N · Be 1 had j 和S · LaRoche 11 e在Form b irefr ingence in UV-expo sed photosensitive fibers computed using a higher order finite element method一文 中指出，當(dāng)對(duì)光敏光纖進(jìn)行側(cè)面曝光時(shí)，光敏光纖的橫截面將產(chǎn)生非對(duì)稱的折射率改變，折 射率的改變量滿足
，其中A np為紫外光曝光時(shí)光纖最大的折射率 改變量，2α為非對(duì)稱系數(shù)，η為纖芯的光敏區(qū)域半徑，這種折射率非對(duì)稱的折射率改變導(dǎo)致 光敏光纖雙折射的產(chǎn)生。
[0005] 1978年，K.O.Hill等人首次報(bào)道了利用氬離子激光器在鍺硅光纖上成功寫入光纖 布拉格光柵，從此，光纖光柵被廣泛應(yīng)用到了光纖傳感領(lǐng)域。波分復(fù)用方法可以將光纖光柵 排列到一根光纖上而不會(huì)引起各光波長(zhǎng)信號(hào)的重疊，光纖光柵具有不同反的射波長(zhǎng)，當(dāng)外 界的溫度或應(yīng)力發(fā)生變化時(shí)，光柵的反射波長(zhǎng)隨之變化，由于各光柵的反射波長(zhǎng)不同，解調(diào) 相應(yīng)位置光柵波長(zhǎng)的漂移即可測(cè)量相應(yīng)物理量的改變。波分復(fù)用方法要求每個(gè)光纖光柵反 射波長(zhǎng)不同且具有一定的波長(zhǎng)間隔，避免測(cè)量時(shí)光柵之間的反射波長(zhǎng)重疊，因此，寬譜光源 的譜寬成為限制一根光纖上光柵數(shù)量的重要因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于利用保偏光纖光柵產(chǎn)生偏振耦合，提供一種利用保偏光纖光柵 實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)及區(qū)域溫度同時(shí)測(cè)量的裝置。
[0007] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0008] -種利用保偏光纖光柵實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)及區(qū)域溫度同時(shí)測(cè)量的裝置，包括第一寬譜光源 裝置1、第二寬譜光源裝置2、第一波分復(fù)用器3、第二波分復(fù)用器5、寫入光柵的保偏光纖4、 第一光程相關(guān)裝置6、第二光程相關(guān)裝置7、第一信號(hào)探測(cè)與處理裝置8、第二信號(hào)探測(cè)與處 理裝置9、測(cè)量計(jì)算機(jī)10。
[0009] 第一寬譜光源裝置1和第二寬譜光源裝置2通過第一波分復(fù)用器3與寫入光柵的保 偏光纖4連接，再通過第二波分復(fù)用器5與第一光程相關(guān)裝置6和第二光程相關(guān)裝置7連接， 第一光程相關(guān)裝置6和第二光程相關(guān)裝置7分別與第一信號(hào)探測(cè)與處理裝置8和第二信號(hào)探 測(cè)與處理裝置9再連接，第一信號(hào)探測(cè)與處理裝置8和第二信號(hào)探測(cè)與處理裝置9分別連接 測(cè)量計(jì)算機(jī)10;
[0010] 所述的第一寬譜光源裝置1由寬譜光源11、起偏器12組成，寬譜光源11與起偏器12 連接，將寬譜光源產(chǎn)生的光轉(zhuǎn)換為線偏振光，第二寬譜光源裝置2的組成與第一寬譜光源裝 置1相同，工作波長(zhǎng)范圍不同；
[0011] 所述的第一光程相關(guān)裝置6由第一旋轉(zhuǎn)器61、第一檢偏器62、第一親合器63、第二 親合器64、三端口環(huán)形器65、自準(zhǔn)直透鏡66、可移動(dòng)反射鏡67組成，旋轉(zhuǎn)器61與檢偏器62連 接，第一親合器63的一臂與第二親合器64的一臂連接組成光程相關(guān)參考臂，第一親合器63 另外一臂和第二耦合器64另外一臂分別與第一三端口環(huán)形器65的兩個(gè)端口連接，第一三端 口環(huán)形器65的第三端連接自準(zhǔn)直透鏡66和可移動(dòng)反射鏡67，組成光纖長(zhǎng)度可變的光程相關(guān) 掃描臂，光程相關(guān)裝置7的組成與光程相關(guān)裝置6相同，工作波長(zhǎng)范圍不同。
[0012]所述的第一旋轉(zhuǎn)器61連接波分復(fù)用器5和第一檢偏器62,使波分復(fù)用器5和第一檢 偏器62的光纖保持特征軸對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)，第二旋轉(zhuǎn)器71連接波分復(fù)用器5和第二檢偏器72,使波 分復(fù)用器5和第二檢偏器72的光纖保持特征軸夾角45°狀態(tài)。
[0013] 所述的第一寬譜光源11與第二寬譜光源21的發(fā)射光譜波長(zhǎng)范圍不重疊;第一起偏 器12、第一旋轉(zhuǎn)器61、第一檢偏器62、第一親合器63、第二親合器64、第一三端口環(huán)形器65、 第一自準(zhǔn)直透鏡66、第一光電探測(cè)器81的波長(zhǎng)工作范圍覆蓋第一寬譜光源11的發(fā)射光譜； 第二起偏器22、第二旋轉(zhuǎn)器71、第二檢偏器72、第三耦合器73、第四耦合器74、第二三端口環(huán) 形器75、第二自準(zhǔn)直透鏡76、第二光電探測(cè)器91的波長(zhǎng)工作范圍覆蓋第二寬譜光源21的發(fā) 射光譜;第一波分復(fù)用器和第二波分復(fù)用器的波長(zhǎng)工作范圍覆蓋第一寬譜光源和第二寬譜 光源的發(fā)射光譜;除第一起偏器和第二起偏器輸入光纖外，其余器件均保持偏振保持工作 狀態(tài)。
[0014] 所述的光柵反射波長(zhǎng)位于寬譜光源光波長(zhǎng)范圍內(nèi)時(shí)，測(cè)量傳輸光干涉信號(hào)強(qiáng)度隨 可移動(dòng)反射鏡位置的變化，并對(duì)其進(jìn)行傅里葉變換，獲得傳輸光的光譜，得到每個(gè)光柵的反 射波長(zhǎng)，當(dāng)光柵所在位置的溫度發(fā)生變化時(shí)，光柵的反射波長(zhǎng)隨之發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)溫度 測(cè)量;光柵反射波長(zhǎng)位于另外一個(gè)寬譜光源光波長(zhǎng)范圍之外時(shí)，測(cè)量傳輸光和耦合光干涉 信號(hào)強(qiáng)度隨可移動(dòng)反射鏡位置的變化，確定由光柵所引入的偏振耦合峰的位置，由于保偏 光纖的雙折射具有溫度相關(guān)性，而光柵引入的偏振耦合峰的位置是由保偏光纖的雙折射決 定的，因此當(dāng)兩光柵之間的區(qū)域溫度發(fā)生變化時(shí)，由這兩個(gè)光柵引入的偏振耦合峰的相對(duì) 位置將隨之發(fā)生變化，從而獲得兩光柵之間的保偏光纖的雙折射變化，實(shí)現(xiàn)任意兩個(gè)光柵 之間區(qū)域的溫度測(cè)量，最終實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)和區(qū)域溫度的同時(shí)測(cè)量。
[0015] 所述的光柵采用單側(cè)紫外光曝光方法寫入，寫入光柵位置的保偏光纖橫截面折射 率改變是非對(duì)稱的。
[0016] 所有光柵的反射波長(zhǎng)位于第一寬譜光源發(fā)射光譜波長(zhǎng)范圍之內(nèi)，且同時(shí)位于第寬 譜光源發(fā)射光譜波長(zhǎng)范圍之外，每個(gè)光柵的反射波長(zhǎng)各不相同，同時(shí)具有波長(zhǎng)間。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:對(duì)不同的溫度精度測(cè)量需求使用不同 的測(cè)量方法，對(duì)于需要精確測(cè)量溫度的位置，利用光柵的反射波長(zhǎng)變化實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)溫度精確 測(cè)量;對(duì)于不需要精確測(cè)量溫度的位置，利用光柵產(chǎn)生的偏振串?dāng)_信號(hào)相對(duì)位置變化實(shí)現(xiàn) 區(qū)域溫度平均測(cè)量，這樣就避免了在保偏光纖的所有位置都寫入光柵，即可測(cè)量得到所有 位置所需測(cè)量精度的溫度信息，有效緩解了寬譜光源譜寬對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的限制，顯著擴(kuò)大了 測(cè)量區(qū)域空間范圍。
【附圖說明】
[0018] 圖1是利用保偏光纖光柵實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)及區(qū)域溫度測(cè)量的原理圖。
[0019] 圖2是保偏光纖紫外光曝光及保偏光纖特征軸變化示意圖。
[0020] 圖3是1550nm波長(zhǎng)范圍光路干涉信號(hào)強(qiáng)度隨掃描光程的變化關(guān)系圖。
[0021]圖4是1550nm波長(zhǎng)范圍光路經(jīng)過傅里葉變換得到產(chǎn)生干涉信號(hào)的光譜圖。
[0022]圖5是1310nm波長(zhǎng)范圍光路干涉信號(hào)強(qiáng)度隨掃描光程的變化關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0024] 本發(fā)明公開了一種利用保偏光纖光柵同時(shí)實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)溫度測(cè)量和區(qū)域溫度測(cè)量的 裝置，包括寬譜光源裝置1、寬譜光源裝置2、波分復(fù)用器3、5、寫入多個(gè)光柵的保偏光纖4、光 程相關(guān)裝置6、光程相關(guān)裝置7、信號(hào)探測(cè)與處理裝置8、信號(hào)探測(cè)與處理裝置9、測(cè)量計(jì)算機(jī) 10,寬譜光源裝置1和寬譜光源裝置2通過第1波分復(fù)用器3與寫入多個(gè)光柵的