專利名稱：利用偏振相關損耗特性的光纖光柵溫度檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種使用光纖光柵檢測溫度變化的方法。
背景技術：
光纖光柵傳感技術是目前較為成熟的傳感技術，光纖光柵是利用光纖材料的光敏性，通過紫外光曝光的方法將入射光相干場圖樣寫入纖芯，在纖芯內產生沿纖芯軸向的折射率周期性變化，從而形成永久性空間的相位光柵，其實質就是在纖芯內形成一個窄帶的 (透射或反射)濾波器或反射鏡。利用這一特性可制造出許多性能獨特的光纖器件，它們都具有反射峰值波長可調范圍大、附加損耗小、體積小，易與光纖耦合，可與其它光器件兼容成一體，不受環境塵埃影響等一系列優異性能。當光纖光柵所處環境的溫度發生變化時，光柵的周期和纖芯折射率將發生變化， 從而使反射光的峰值波長發生相應的變化，通過測量待測溫度變化前后反射光波長的變化，就可以計算出待測溫度的變化情況。利用測量反射光的峰值波長變化測溫度的測量方法如圖1和圖2所示，該測量方法存在的缺點是反射光的峰值波長曲線是一個比較寬的單峰曲線，環境溫度變化后，單峰曲線沿橫軸(橫軸代表反射光波長的值，縱軸代表反射光的功率)發生位移，由于單峰曲線在最高點處較平坦，因此很難精確確定因為溫度變化出現的反射光波長變化。
發明內容
本發明的目的是提供利用偏振相關損耗特性的光纖光柵溫度檢測方法，以解決利用反射光波長變化測量待測溫度變化時，因為反射光波長是一個范圍值而很難精確確定反射光中心波長的問題。本發明的方法包括下述步驟一、將入射光入射到光纖光柵后反射， 所述光纖光柵為偏振相關的光柵；二、得到的反射光在偏振光柵選定的長軸和短軸方向上出現光譜差異，安置在光纖光柵反射光路中的PDL分析解調儀利用光譜差異得到光纖光柵偏振相關損耗值，三、將PDL分析解調儀得到的偏振相關損耗最大值對應的波長值的變化換算成外界環境溫度的變化值。偏振相關損耗(PDL-polarization dependent loss)是指器件的傳輸損耗與光的偏振態有關的現象，它是無源光器件中的一種重要偏振效應。光學系統的PDL描述的是光學系統對傳輸光的偏振態的敏感程度。PDL定義為對應等光強的所有可能輸入偏振態的最大傳輸和最小傳輸的比例。PDL —般用dB來表示PDL(X) = 1^0^1^^-(1-1)
PmmW對一般光纖來說，其PDL非常小((0. IdB)。作為反射元件的FBG，它的PDL可以表示成IOlog10 ^χ ^·(1-2)
其中Rmax和Rmin分別表示FBG偏振態的最大反射光強和最小反射光強。本發明的原理是運用光纖光柵在外場作用下雙折射的變化所引起的敏感的偏振特性的變化，根據測定光柵導出光的偏振特性的變化來測定相應的物理量。這種基于偏振特性的傳感方法相比于基于波長漂移的光纖光柵傳感方法有自身的優勢，從圖1中可以看到，偏振相關損耗值在圖1上表現為具有兩個峰值的曲線，其在橫軸(波長值)上的投影是一個極窄的范圍，因此很容易確定其橫坐標值。而且在溫度變化的情況下，這兩個峰值之間的距離是不變的，任取一條峰值曲線就能完成本發明溫度變化的標定。當外界環境的溫度發生變化以后，兩個峰值相對于橫軸坐標發生位移量值，非常容易確定。解決了利用反射光波長變化測量待測溫度變化時因為反射光波長是一個較寬的范圍值而很難精確確定反射光波長變化數值的問題。
圖1是按本發明方法得到的偏振相關損耗值與反射光波長曲線的對比示意圖；橫軸表示波長，左邊的縱軸表示偏振相關損耗值，右邊的縱軸表示反射光的功率譜；圖2是已有技術利用反射光峰值曲線方法在不同溫度下得到的不同反射光峰值曲線；圖3是本發明方法在不同溫度下得到的不同偏振相關損耗值；圖4是左右PDL峰值隨溫度變化曲線。下面的是左峰值，上面的是右峰值。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖1至圖4具體說明本實施方式。本實施方式的方法包括下述步驟一、將入射光入射到光纖光柵后反射，所述光纖光柵為偏振相關的光柵；入射光為覆蓋光纖光柵反射譜移動最大范圍的寬帶平坦光源。二、得到的反射光在偏振光柵選定的長軸和短軸方向上出現光譜差異，安置在光纖光柵反射光路中的PDL分析解調儀利用光譜差異得到光纖光柵偏振相關損耗值，光纖光柵受被測溫度的改變影響，反射峰移動，同時引起偏振相關損耗峰值的改變；三、將PDL分析解調儀得到的偏振相關損耗值的變化，換算成外界環境溫度的變化值。所述偏振光柵選擇切趾FBG。所述入射光來自寬帶平坦光源。(1)切趾FBG反射譜線隨溫度的變化圖3是不同溫度下的反射譜線，圖2是反射譜中心波長隨溫度變化的測量結果。通過圖3可以看出，隨著溫度的升高，切趾FBG的反射譜線整體向波長增大的方向發生平移， 譜線形狀未發生變化。對圖3中反射譜線中心波長隨溫度變化的測量數據進行了線性擬合得到圖4，其中實心點為實驗測量數值，直線為線性擬合曲線。擬合曲線表明譜線中心波長的溫度靈敏度為9. 25pm/0C .(2)切趾FBG反射PDL隨溫度的變化切趾FBG的PDL隨溫度的變化情況如圖3所示。從圖3中可以看出各個溫度下的 PDL都有類似的銳利的雙峰。隨著溫度的升高，PDL的譜線形狀變化不大，但整體向長波方向平移。根據反復試驗可以看出，切趾光纖光柵的反射偏振相關損耗雙峰出現的位置在同一情況、同一溫度下的位置具有不變性。這一可重復性為靜態或準靜態的溫度測量提供了依據。從圖4的FBG反射中心波長和PDL雙峰位置隨溫度的變化的比較中可以看出，PDL雙峰的位置與溫度之間有比反射中心波長與溫度之間更好的線性對應。另外，比較圖1和 2可以看出PDL峰的可分辨度遠高于反射譜的可分辨度。所以可以通過測量切趾FBG的反射PDL來提高FBG測溫的準確度，這種準確度的提高不涉及光柵的封裝方式。
權利要求
1.利用偏振相關損耗特性的光纖光柵溫度檢測方法，其特征在于它的方法包括下述步驟一、將入射光入射到光纖光柵后反射，所述光纖光柵為偏振相關的光柵；二、得到的反射光在偏振光柵選定的長軸和短軸方向上出現光譜差異，安置在光纖光柵反射光路中的 PDL分析解調儀利用光譜差異得到光纖光柵偏振相關損耗值，三、將PDL分析解調儀得到的偏振相關損耗值的變化，換算成被測溫度的變化值。
2.根據權利要求1所述的利用偏振相關損耗特性的光纖光柵溫度檢測方法，其特征在于所述光纖光柵是切趾FBG。
3.根據權利要求1所述的利用偏振相關損耗特性的光纖光柵溫度檢測方法，其特征在于被測溫度的變化值在_55°C +200°C之間。
全文摘要
利用偏振相關損耗特性的光纖光柵溫度檢測方法，本發明涉及一種使用光纖光柵檢測溫度變化的方法。用于檢測溫度變化。它解決了利用反射光波長變化測量待測溫度變化時因為反射光波長是一個范圍值而很難精確確定反射光波長變化數值的問題。本發明的方法包括下述步驟一、將入射光入射到光纖光柵后反射，所述光纖光柵為偏振相關的光柵；二、得到的反射光在偏振光柵選定的長軸和短軸方向上出現光譜差異，安置在光纖光柵反射光路中的PDL分析解調儀利用光譜差異得到光纖光柵偏振相關損耗值，三、將PDL分析解調儀得到的偏振相關損耗值的變化，換算成外界環境溫度的變化值。
文檔編號G01K11/32GK102305674SQ20111021190
公開日2012年1月4日 申請日期2011年7月27日 優先權日2011年7月27日
發明者勵強華, 張劍, 田春華, 高社成 申請人:哈爾濱師范大學