LPFG和FBG级联结构双参数光纤传感器研究.pdf

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1、第３８卷第８期仪器仪表学报Ｖｏｌ３８Ｎｏ８２０１７年８月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＡｕｇ．２０１７ＬＰＦＧ和ＦＢＧ级联结构双参数光纤传感器研究１，２，３１，２，３１，２，３１，２，３张雯，刘小龙，何巍，祝连庆（１．北京信息科技大学光电信息与仪器北京市工程研究中心北京１０００１６；２．现代测控技术教育部重点实验室北京１００１９２；３．北京信息科技大学光电测试技术北京市重点实验室北京１００１９２）摘要：提出了一种长周期光纤光栅（ＬＰＦＧ）级联布拉格光纤光栅（ＦＢＧ）的温度／应变双参数光纤传感

2、器。利用飞秒激光直写制作ＬＰＦＧ并级连ＦＢＧ，且ＦＢＧ波谷位置为１５５１．９ｎｍ，ＬＰＦＧ波谷位置为１５５９．１ｎｍ，最高对比度为－１２．７ｄＢ。在３０～７０℃温度变化范围内对传感器温度特性进行测试，并在２５℃超净环境下对０～５００με应变变化范围内对传感器应变特性进行测试。实验结果表明，升温过程ＦＢＧ中心波长发生红移，灵敏度１５．００ｐｍ／℃，线性度０．９８１３；ＬＰＦＧ中心波长发生蓝移，灵敏度－１１．７５ｐｍ／℃，线性度０．９４５３。降温过程ＦＢＧ中心波长发生蓝移，灵敏度１８．２５ｐｍ／℃，线性度０．９５３８；ＬＰＦＧ中心波长发生红移

3、，灵敏度－１５．４２ｐｍ／℃，线性度０．９８０２。加载过程ＦＢＧ中心波长发生红移，灵敏度０．９３ｐｍ／με，线性度０．９９１５；ＬＰＦＧ中心波长发生蓝移，灵敏度－１．５１ｐｍ／με，线性度０．９８６３。卸载过程ＦＢＧ中心波长发生蓝移，灵敏度０．９２ｐｍ／με，线性度０．９９０９；ＬＰＦＧ中心波长发生红移，灵敏度－１．５１ｐｍ／με，线性度０．９７２８。结果表明，该光纤传感器灵敏度高，线性度好，可以同时动态实现应变和温度的测量。关键词：长周期光纤光栅；飞秒加工；布拉格光纤光栅；双参数测量中图分类号：ＴＨ７３文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码

4、：４６０．４０ＳｔｕｄｙｏｎｄｕａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｆｉｂｅｒｓｅｎｓｏｒｂａｓｅｄｏｎＬＰＦＧｃａｓｃａｄｅｄｗｉｔｈＦＢＧｓｔｒｕｃｔｕｒｅ１，２，３１，２，３１，２，３１，２，３ＺｈａｎｇＷｅｎ，ＬｉｕＸｉａｏｌｏｎｇ，ＨｅＷｅｉ，ＺｈｕＬｉａｎｑｉｎｇ（１．ＢｅｉｊｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１６，

5、Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｏｄｅｒｎＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９２，Ｃｈｉｎａ；３．ＢｅｉｊｉｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｓｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｄｕａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｆｉｂｅｒｓｅｎｓｏｒｂａｓｅｄｏｎＬｏｎｇＰｅｒｉｏｄ

6、ＦｉｂｅｒＧｒａｔｉｎｇ（ＬＰＦＧ）ｃａｓｃａｄｅｄｗｉｔｈＦｉｂｅｒＢｒａｇｇＧｒａｔｉｎｇ（ＦＢＧ）ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｏｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｓｔｒａｉｎｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ＴｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｆｉｂｅｒｓｅｎｓｏｒｉｓｃａｓｃａｄｅｄｗｉｔｈＬＰＦＧｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄｂｙｔｈｅｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｌａｓｅｒａｎｄＦＢＧ，ａｎｄｔｈｅｒｅａｒｅｔｗｏｄｉｐｓｆｏｒｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒｕｍ，ｎａｍｅｌｙＦＢＧｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｄｉｐａｔ１５５１．９ｎｍａｎｄＬＰＦＧｔｒａｎｓｍｉｓｓ

7、ｉｏｎｄｉｐａｔ１５５９．１ｎｍｗｉｔｈｔｈｅｆｒｉｎｇｅｃｏｎｔｒａｓｔ－１２．７ｄＢ．Ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｓｔｒａｉｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｓｅｎｓｏｒｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄａｔ３０～７０℃ａｎｄ０～５００με，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｄｕｒｉｎｇｔｈｅｗａｒｍｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅＦＢＧｓｈｏｗｓｒｅｄｓｈｉｆｔｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ，ｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｉｓ１５．００ｐｍ／℃，ａｎｄｔｈ

8、ｅｌｉｎｅａｒｉｔｙｉｓ０．９８１３；ＴｈｅＬＰＦＧｓｈｏｗｓｂｌｕｅｓｈｉｆｔｗｉｔｈｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ，ｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｉｓ－１１．７５ｐｍ／℃，ａｎｄｔ