本發(fā)明涉及光纖測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用光纖端面刻槽結(jié)構(gòu)的溫度測量方法。

背景技術(shù)：

通常，全光纖化的傳感器具有結(jié)構(gòu)緊湊、使用壽命長、對測試量敏感、傳輸信道多等優(yōu)勢廣泛地應(yīng)用于光纖傳感、光纖通信、光學(xué)加工等領(lǐng)域。通過光纖端面微加工技術(shù)或搭建具有干涉結(jié)構(gòu)的全光纖傳感器，在泵浦源作用下，輸出具有梳狀譜圖樣的干涉譜曲線。

在現(xiàn)有技術(shù)中，干涉儀分為單頻激光干涉儀和雙頻激光干涉儀，其均采用外部構(gòu)件將光束分成兩路進(jìn)行干涉。因此現(xiàn)有技術(shù)中往往會引入光束分割部件進(jìn)行光束分割，通過引入分割部件不但使的干涉儀本身更加復(fù)雜，而且在溫度測量過程也容易造成測量的誤差。

因此，需要一種能有效簡化光路、結(jié)構(gòu)緊湊、光損耗低以及不受外界干擾的采用光纖端面刻槽結(jié)構(gòu)的溫度測量方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種采用光纖端面刻槽結(jié)構(gòu)的溫度測量方法，所述光纖端面刻槽結(jié)構(gòu)的端面開設(shè)凹槽，所述凹槽呈長方體結(jié)構(gòu)，凹槽底邊與光纖纖芯的直徑重合，并且

所述凹槽底邊的寬度大于所述光纖纖芯的直徑，所述凹槽底邊的寬度小于光纖包層的外側(cè)的圓周直徑；所述凹槽沿纖芯中心平面向上貫穿至光纖包層的外側(cè)；

所述溫度測量方法包括如下步驟：

a、搭建溫度測量系統(tǒng)，所述溫度測量系統(tǒng)包括依次連接的光源、增益光纖、波分復(fù)用器、單模光纖、光纖端面刻槽結(jié)構(gòu)以及光譜儀；

b、將所述溫度測量系統(tǒng)中連接光纖端面刻槽結(jié)構(gòu)的一段光纖置于溫度可控的環(huán)境中；

c、光源發(fā)射光信號，同時逐漸改變所述環(huán)境中的溫度大小，記錄梳狀譜移動的長度，繪制梳狀譜移動的長度隨溫度變化的關(guān)系曲線；

d、利用步驟c中梳狀譜移動的長度隨溫度變化的關(guān)系曲線對待溫度進(jìn)行測量。

優(yōu)選地，通過飛秒激光對光纖端面進(jìn)行燒蝕形成所述凹槽。

優(yōu)選地，所述凹槽沿光纖軸向深度與光纖纖芯的直徑相等。

優(yōu)選地，所述凹槽底邊直徑為所述光纖纖芯直徑的5～8倍。

優(yōu)選地，所述光源采用寬帶光源。

優(yōu)選地，所述增益光纖為一段摻雜稀土元素的光纖。

優(yōu)選地，改變所述環(huán)境溫度的大小采用逐漸升高環(huán)境的溫度后恒溫保持一段時間再逐漸降低環(huán)境的溫度。

本發(fā)明利用一根光纖實(shí)現(xiàn)多種模式之間的干涉，簡化了光路，使結(jié)構(gòu)更加緊湊，而且光損耗低、不受外界干擾。

應(yīng)當(dāng)理解，前述大體的描述和后續(xù)詳盡的描述均為示例性說明和解釋，并不應(yīng)當(dāng)用作對本發(fā)明所要求保護(hù)內(nèi)容的限制。

附圖說明

參考隨附的附圖，本發(fā)明更多的目的、功能和優(yōu)點(diǎn)將通過本發(fā)明實(shí)施方式的如下描述得以闡明，其中：

圖1示意性示出了本發(fā)明的一個實(shí)施例中的溫度測量系統(tǒng)；

圖2示出了本發(fā)明的光纖端面刻槽結(jié)構(gòu)；

圖3示出了圖2光纖端面刻槽結(jié)構(gòu)的端面示意圖；

圖4示出了圖2光纖端面刻槽結(jié)構(gòu)沿軸線的斷面圖；

圖5示出了本發(fā)明的一個實(shí)施例中梳狀譜移動的長度隨溫度變化的關(guān)系曲線。

具體實(shí)施方式

通過參考示范性實(shí)施例，本發(fā)明的目的和功能以及用于實(shí)現(xiàn)這些目的和功能的方法將得以闡明。然而，本發(fā)明并不受限于以下所公開的示范性實(shí)施例；可以通過不同形式來對其加以實(shí)現(xiàn)。說明書的實(shí)質(zhì)僅僅是幫助相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員綜合理解本發(fā)明的具體細(xì)節(jié)。

在下文中，將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記代表相同或類似的部件，或者相同或類似的步驟。

本發(fā)明通過搭建溫度測量系統(tǒng)，完成對溫度的標(biāo)定和測量過程。具體如圖1所示本發(fā)明的一個實(shí)施例中的溫度測量系統(tǒng)10，包括由光纖14依次連接的光源11、增益光纖13、波分復(fù)用器12、單模光纖15、光纖端面刻槽結(jié)構(gòu)18以及光譜儀19。在對溫度的標(biāo)定過程中，將光纖端面刻槽結(jié)構(gòu)18置于溫度可控的環(huán)境16中，通過溫度控制器17控制溫度變化，實(shí)現(xiàn)溫度標(biāo)定過程。

為了更加清楚的對本發(fā)明的溫度測量方法進(jìn)行說明，通過如下步驟詳細(xì)闡釋溫度測量的過程，具體包括：

步驟S101搭建溫度測量系統(tǒng)，所述溫度系統(tǒng)包括由光纖14依次連接的光源11、增益光纖13、波分復(fù)用器12、單模光纖15、光纖端面刻槽結(jié)構(gòu)18以及光譜儀19，其中所述增益光纖13為一段摻雜稀土元素的光纖。

步驟S102、將所述溫度測量系統(tǒng)中連接光纖端面刻槽結(jié)構(gòu)18的一段光纖置于溫度可控的環(huán)境16中。

步驟S103、光源發(fā)射光信號，同時通過溫度控制器17逐漸改變所述環(huán)境16中的溫度大小，記錄梳狀譜移動的長度，繪制梳狀譜移動的長度隨溫度變化的關(guān)系曲線，本實(shí)施例光源優(yōu)選采用寬帶光源。

步驟S104、利用步驟S103中梳狀譜移動的長度隨溫度變化的關(guān)系曲線對待溫度進(jìn)行測量。

上述溫度測量過程中，通過步驟S101至步驟S103完成溫度的標(biāo)定，步驟S104借助標(biāo)定后梳狀譜移動的長度隨溫度變化的關(guān)系曲線對待測穩(wěn)定進(jìn)行測量，本發(fā)明的實(shí)施例中，只需要對溫度進(jìn)行一次標(biāo)定后，利用搭建的溫度測量系統(tǒng)即可多次進(jìn)行溫度測量。

本實(shí)施例中上述溫度測量過程中采用光纖端面刻槽結(jié)構(gòu)18對光進(jìn)行干涉，如圖2所示本發(fā)明的光纖端面刻槽結(jié)構(gòu)，所述光纖端面刻槽結(jié)構(gòu)18包括光纖纖芯181和光纖包層182，光纖端面刻槽結(jié)構(gòu)18的端面開設(shè)凹槽183，所述凹槽183呈長方體結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例光纖端面刻槽結(jié)構(gòu)18通過飛秒激光對光纖端面進(jìn)行燒蝕形成所述凹槽183，本發(fā)明利用飛秒激光進(jìn)行光纖微加工，從而對光纖端面進(jìn)行燒蝕形成凹槽，其具有加工靈活、熱效應(yīng)低等特點(diǎn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解在光纖端面刻槽過程需要控制飛秒激光器功率，并將激光對準(zhǔn)光纖纖芯的中心位置。

如圖3所示光纖端面刻槽結(jié)構(gòu)的端面示意圖，圖4所示光纖端面刻槽結(jié)構(gòu)沿軸線的斷面圖，光纖端面刻槽結(jié)構(gòu)18的凹槽183沿光纖端面向內(nèi)凹陷，其中凹槽底邊1831與光纖纖芯181的直徑1811重合，并且

所述凹槽底邊1831的寬度大于所述光纖纖芯181的直徑1811，所述凹槽底邊1831的寬度小于光纖包層182的外側(cè)1821的圓周直徑，也就是說凹槽底邊的寬度介于光纖纖芯181和光纖包層182之間，本實(shí)施例中，優(yōu)選凹槽底邊1831的寬度為所述光纖纖芯181的直徑1811的5～8倍。凹槽183沿纖芯中心平面向上貫穿至光纖包層的外側(cè)1821。

在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，凹槽183沿光纖軸向深度d與光纖纖芯的直徑1811相等。

通過上述的方式對光纖端面進(jìn)行刻槽形成光纖端面刻槽結(jié)構(gòu)18，借助飛秒激光刻寫光纖端面形成凹槽183，使光纖內(nèi)部造成部分缺失，光經(jīng)過凹槽183后分成兩束，一路在空氣中傳輸，一路在纖芯中傳輸，由于空氣的折射率低于纖芯折射率，導(dǎo)致在空氣中傳輸?shù)牟糠止庵匦埋詈线M(jìn)入纖芯中，該光同原有在纖芯中傳輸?shù)墓庵g存在光程差，形成干涉。

本發(fā)明在光纖中傳輸光的光程將發(fā)生改變，產(chǎn)生模間干涉，本發(fā)明利用一根光實(shí)現(xiàn)多種模式之間的干涉，簡化了光路，使結(jié)構(gòu)更加緊湊，而且光損耗低、不受外界干擾。

在上述溫度測量過程的步驟S103中，光源11射出光由光纖14進(jìn)行傳輸，光路經(jīng)過置于可控溫度環(huán)境16的光纖端面刻槽結(jié)構(gòu)18時，由于凹槽183引起傳輸?shù)墓庵g存在光程差，形成干涉。當(dāng)溫度控制器17控制環(huán)境溫度改變時，光譜儀19觀測到梳狀譜改變，干涉條紋產(chǎn)生移動，不同溫度下梳狀譜移動的長度不同，本實(shí)施例中改變環(huán)境溫度的大小采用逐漸升高環(huán)境的溫度后恒溫保持一段時間再逐漸降低環(huán)境的溫度的方式，繪制狀譜移動的長度隨溫度變化的關(guān)系曲線。

如圖5所示本發(fā)明的一個實(shí)施例中梳狀譜移動的長度隨溫度變化的關(guān)系曲線。本實(shí)施例溫度控制器控制放置光纖端面刻槽結(jié)構(gòu)的環(huán)境溫度按照20℃的間隔由60℃開始進(jìn)行升溫，升溫至100℃保持一段時間，按照20℃的間隔由100℃降溫至60℃。溫度標(biāo)定過程中在一些實(shí)施方式中，對于升溫和降溫的間隔以及升溫或降溫的起點(diǎn)由實(shí)際情況所決定，不因本實(shí)施例所限定。對于待測溫度，按照本發(fā)明提供的方法，搭建溫度測量系統(tǒng)，根據(jù)溫度標(biāo)定繪制的梳狀譜移動的長度隨溫度變化的關(guān)系曲線，由梳狀譜移動的長度直接讀取或顯示待測溫度。

本發(fā)明利用一根光實(shí)現(xiàn)多種模式之間的干涉，簡化了光路，使結(jié)構(gòu)更加緊湊，而且光損耗低、不受外界干擾。

結(jié)合這里披露的本發(fā)明的說明和實(shí)踐，本發(fā)明的其他實(shí)施例對于本領(lǐng)域技術(shù)人員都是易于想到和理解的。說明和實(shí)施例僅被認(rèn)為是示例性的，本發(fā)明的真正范圍和主旨均由權(quán)利要求所限定。