专利名称：写有光栅的光子晶体光纤的横向应力传感系统及实现方法
技术领域：
本发明涉及一种准确而灵敏的光纤传感系统以测量横向应力或应变，特别是基于写有光栅的零双折射光子晶体光纤或高双折射光子晶体光纤的这一写有光栅的光子晶体光纤的横向应力传感系统及实现方法。
背景技术：
建筑物的安全与质量监测，主要是检测在外力作用下的应力和形变。一般的检测方法是在建筑材料内安装大量分布式应变片或者其它应变感受纤维，由于纤维材料与建筑材料构成的复合结构能够适当提高建筑材料的强度，因此，使用复合纤维材料进行建筑物的载荷与形变检测是比较常用的方法。在建筑材料或者建筑物内埋置光导纤维，形成智能复合结构(也叫灵巧复合结构)，当建筑材料或者建筑物发生形变的时候，埋置在其中的光纤会感受到相应的应力和应变，其光学特性(主要是传输特性)能立即发生变化，因此对光纤中传输的光信号进行检测，就能实时监测建筑物内的形变和载荷变化情况，从而实现对建筑物的安全监测。这种方法不仅可以用于建筑物的检测，而且在机械、生物医学、航空航天等领域也有广泛应用前景。利用光纤进行应力传感与检测，不仅具有光纤固有的优越性，如抗电磁干扰，机械强度高等，还可以实现分布式检测，而且灵敏度非常高。
光纤应力传感与检测技术已经经历了将近20年的发展，目前已有多种基于普通石英光纤的应力传感器。光纤应力传感器按照被检测应力的方向可分为纵向应力传感器和横向应力传感器，按照基本工作原理可以分为两大类，一是光纤型应力传感器，二是光栅型应力传感器。光纤型应力传感器就是光纤在外力作用下发生形变，改变其模式的传输特性，对传输光进行检测即可得到形变或者外力的变化情况。光栅型应力传感器是利用光纤光栅(包括光纤布拉格光栅FBG和长周期光栅LPG)的周期(纵向)或对称性(横向)随外力改变，从而改变光栅的透射谱或反射谱，实现对外力变化的检测。
光纤型应力传感器对纵向应力的检测一般都基于双模光纤或者少模光纤(few-mode fiber)中多个模式之间的干涉作用。当光纤拉伸时，不同模式之间的相位关系发生变化，因而输出端光场(强度)发生相应变化，根据强度变化的周期性，可以得到相位变化，从而得到光纤的形变或者应力。当普通圆光纤受到横向应力时，一般检测背向反射光的两个偏振分量的光程差和相干性，可以确定横向应力施加在光纤上的纵向位置，但是很难确定应力大小。
由于光纤光栅的光谱特性对光纤结构和光栅周期的敏感性很高，所以，自从二十世纪九十年代初光栅问世以来，基于普通阶跃折射率石英光纤的布拉格光栅和长周期光栅的传感器(包括应力传感器和温度传感器)得到了广泛的研究与应用。当光纤受到纵向拉力而伸长时，在芯区写入的光栅周期会相应增大，对于布拉格光栅，其峰值反射波长向长波长移动；对于长周期光栅，其透射谱向长波长方向移动。当光纤受到横向压力的时候，不妨假定压力沿x方向施加于光纤侧面，那么光纤x方向尺寸将缩小，而y方向尺寸将扩大。对于圆光纤，将产生固有双折射；对于双折射光纤，其双折射特性将发生变化。在这种具有双折射的光纤中写入的布拉格光栅或者长周期光栅的反射谱或透射谱发生分裂，出现两个反射峰或者两组透射谱，它们分别与两组偏振方向正交的模式对应。当加在光纤上的横向应力发生变化时，光纤的双折射特性随即改变，一般情况下，横向应力的变化与光栅谱的波长移动量成正比，因此，检测布拉格光栅的两个反射峰值波长的移动，或者检测长周期光栅两组透射谱的移动，就能及时检测到横向应力的变化。
“光纤光栅横向应变传感器系统”中国专利CN1155798C中，介绍了基于普通光纤里的布拉格光栅的横向应变传感器系统，而且可以同时测量不同地点的温度或受力。
光纤的纵向应变灵敏度一般为0.8×10-6με-1，温度灵敏度为6×10-6℃-1；利用布拉格光栅进行横向应力传感与检测，实验室灵敏度可以达到0.344nm/(N.mm-1)；利用长周期光栅进行横向应力传感与检测的实验室灵敏度则已经达到了50nm/(N.mm-1)。
光纤应力传感器的灵敏度由光纤的主要材料石英(SiO2)决定。SiO2的杨氏模量非常大，一般都超过70GPa(具体数值与石英光纤中的掺杂有关，非掺杂包层约72GPa，3％掺Ge约为70.8GPa)，在外力作用下，其形变一般都很小，因此对光纤应力传感器的工艺要求比较高。为了改变光纤横向应力传感器的灵敏度对石英材料杨氏模量的单一依赖性，人们试图改变光纤结构，从而改变光纤在外力作用下的形变量，以此来改进光纤横向应力传感与检测的精度与灵敏度。
利用多芯光纤中的布拉格光栅进行横向应力检测，虽然是最近才开展的研究工作，但是也已经展现出其诱人的优势，利用4芯光纤的横向应力传感器灵敏度已经达到0.24nm/(N.mm-1)。
利用旁孔光纤及其中的布拉格光栅进行横向应力检测则得到了更多的关注，人们不仅从理论和实验上证实了这种光纤对横向应力的灵敏度可以达到2.0nm/(N.mm-1)以上，而且也研究了其动态测量范围，可以在0～38.08MPa范围内实现0.03MPa分辨率的高精度压力测量。
本发明利用新型的光子晶体光纤(PCFPhotonic Crystal Fiber)，在其中写入布拉格光栅或者长周期光栅，对横向应力(应变)进行传感。
在光子晶体光纤包层区域，沿纵向排列着大量空气孔。根据导光机理，可将其分为两类，即折射率导光和光子带隙(PBGPhotonic Band Gap)导光。典型的折射率导光型光子晶体光纤的芯区是实心石英，包层是多孔结构。包层中的空气孔降低了包层的有效折射率，从而满足全反射(TIRTotal InternalReflection)条件，光束缚在芯区传输。光子带隙导光光纤的包层区域是周期性结构，它产生的光子带隙可将光束缚在光纤芯区传输。光子带隙导光光纤包层周期性结构是一个二维光子晶体，折射率只在横截面内周期性变化。沿着光纤纵向，折射率是均匀的，光沿纵向传输时不会受到限制。但是横向周期性结构的布拉格反射会产生横向谐振，形成频域(波长)带隙。如果引入一个线缺陷破坏二维光子晶体的周期性，就会在包层结构的光子带隙内产生一个缺陷模式，并能束缚在芯区内沿光纤传输。这种新型导光机理可在光纤的低折射率区域(如空气芯)实现导光，这类光纤不可能基于全反射导光，它的许多新特性可广泛应用于光纤传感和光纤通信中。
迄今为止，人们已经利用纯石英、非石英玻璃(如硫化物玻璃、Schott玻璃)和聚合物等各种材料制备光子晶体光纤。光子晶体光纤还有许多其它新的特性，如无尽单模，大模场面积单模光纤，高非线性光纤，高双折射光纤，色散可控光纤，等等。
折射率导光光子晶体光纤中，如果沿不同方向的空气孔尺寸不同，或者孔形状是椭圆而不是圆形，或者空气孔位置不对称，可以获得高双折射。这些高双折射光子晶体光纤的双折射可比传统的熊猫光纤高一个量级。Ning Guan报导了一种高双折射光子晶体光纤，在480nm到1620nm范围内保偏，而且偏振串扰优于-25dB，在1300nm到1620nm范围内串扰大约只有-45dB，即使光纤弯曲半径只有10mm时偏振串扰也不会恶化。Crystal Fibre A/S(收购Blazephotonics后PCF产品更全面)公司提供的高双折射光子晶体光纤长度超过100m的偏振耦合优于30dB，而且双折射的温度系数显著低于普通高双折射光纤。这些性质可用于开发新型特性的传感器。
目前利用光子晶体光纤进行温度和应力传感的研究已经开始，但是由于光子晶体光纤的应用刚刚起步，而且横向应力的检测难度比较大，所以现在仍然没有看到基于光子晶体光纤的横向应力传感的相关报道。我们对光子晶体光纤和普通光纤的在外力作用下的形变情况进行了研究，结果表明，空气孔有利于增强光纤对外力的应变，孔越大，应变越大。如果增加空气孔数量，应变将进一步增大。应变大小对光子晶体光纤的结构有很强的依赖关系，因此，可以通过选择不同的光子晶体光纤来获取最好的应变参数，不仅降低检测难度，提高检测灵敏度，而且能获得横向应力的最佳检测条件。
附图5、6、7是三种典型的零双折射光子晶体光纤，在其中写入布拉格光栅(或者长周期光栅)，光纤不受任何应力时，基模两个偏振态简并(附图8)，透射谱上与谐振波长对应的位置有一个损耗峰；当光子晶体光纤受到横向压力时，光纤产生双折射，原来的一个损耗峰会分裂为两个，这两个损耗峰对应的波长间隔与光纤的双折射成正比，因此，检测透射谱上的损耗峰之间的波长间隔就可以对施加在光纤横向的应力进行传感与检测。
附图9、10、11、12是四种典型的高双折射光子晶体光纤，在其中写入布拉格光栅(或者长周期光栅)，分别对应两个偏振方向正交的基模的透射谱上有两个损耗峰(与两个偏振态的谐振波长对应的波长位置)。如果施加在光子晶体光纤上的横向压力增大光纤的双折射，原来的两个损耗峰之间的波长间隔在压力的作用下增大，且增大量与横向应力成正比；如果施加在光子晶体光纤上的横向压力减小光纤的双折射，原来的两个损耗峰之间的波长间隔在压力的作用下减小，且减小量与横向压力成正比。因此，检测透射谱上的损耗峰之间的波长间隔就可以对施加在光纤横向的应力进行传感与检测。
以上的应用写有光栅的光子晶体光纤的横向应力(应变)传感系统，通过检测透射谱实现，对于写有布拉格光栅的系统，可以检测反射谱的变化，同样的原理能实现横向应力(应变)检测。
本发明——应用写有光栅的光子晶体光纤的横向应力应变传感系统，利用光子晶体光纤对外力的更高敏感性，采取写有布拉格光栅或长周期光栅的零双折射光子晶体光纤或高双折射光子晶体光纤，对施加在光纤横向的应力进行实时高精度检测。
进一步的研究，可以基于上述内容，实现分布式横向应力(应变)传感与检测系统或者传感器网络，对大型建筑进行大面积整体应变情况的实时监测。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种写有布拉格光栅的零双折射光子晶体光纤横向应力(应变)传感与检测系统，进一步实现分布式传感系统或传感器网络，用于测量与受力方向无关的横向应力或应变。
本发明的另一个目的是提供一种写有布拉格光栅的高双折射光子晶体光纤横向应力(应变)传感系统，进一步实现分布式传感系统或传感器网络，用于测量方向相关的横向应力或应变。
本发明的另一个目的是提供一种写有长周期光栅的零双折射光子晶体光纤横向应力(应变)传感系统，进一步实现分布式传感系统或传感器网络，用于测量方向相关的横向应力或应变。
本发明的另一个目的是提供一种写有长周期光栅的高双折射光子晶体光纤横向应力(应变)传感系统，进一步实现分布式传感系统或传感器网络，用于测量方向相关的横向应力或应变。
写有光栅的光子晶体光纤的横向应力传感系统；包括激光器光源，普通单模光纤，零双折射光子晶体光纤或高双折射光子晶体光纤，布拉格光栅，长周期光栅，偏振控制器，光环行器，受力单元，光谱检测器，信号处理与显示单元。激光器光源输出光经偏振控制器后，耦合进入零双折射或高双折射光子晶体光纤，光子晶体光纤上写有长周期光栅，并安放在受力单元内，便于感受施加的外部横向应力，输出端连接的光谱检测器检测透射光谱，并将检测到的信息送给信号处理和显示单元，得到横向应力的检测结果。
一种检测横向应力应变的光纤传感系统，主要包括激光器光源，普通单模光纤，零双折射光子晶体光纤或高双折射光子晶体光纤，布拉格光栅，光环行器，受力单元，光谱检测器，信号处理与显示单元。其特征在于激光器光源输出光经过光环行器，然后耦合进入零双折射或高双折射光子晶体光纤，光子晶体光纤上写有布拉格光栅，并安放在受力单元内，便于感受施加的外部横向应力，从布拉格光栅反射回的信号光经过光环行器后输出至光谱检测器，检测反射光谱，并将检测到的信息送给信号处理和显示单元，得到横向应力的检测结果。
写有光栅的光子晶体光纤的横向应力传感系统及实现方法；有以下步骤第一，选用零双折射或高双折射光子晶体光纤，在其中制作布拉格光栅或者长周期光栅，通过测量光栅的传输谱来确定光栅的谐振波长；第二，选择激光器工作波段，使其能覆盖传感系统使用的光栅的谐振波长，并确定相应系统使用的激光器光源和光检测器，以及偏振控制器、光环行器等有源和无源器件；第三，写有光栅的光子晶体光纤安放在受力单元内，便于对光纤施加外部横向应力；第四，激光器光源输出光经偏振控制器后，将其耦合进入光子晶体光纤；第五，连接传感系统光路，并精确调整，使系统响应、灵敏度、精度等最好；第六，使用光环行器，将反射光连接至光谱检测器，检测反射光谱；或者，直接将光纤远端连接至光谱检测器，检测透射光谱；第七，调试信号处理与显示单元，对检测信号进行处理并显示在终端设备上，实现横向应力的实时检测。
本发明的原理是利用光子晶体光纤里光栅的传输特性与光纤横向形变的关系进行横向应力(应变)传感与检测。横向应力使光纤产生横向应变，不仅改变光纤的对称性，也改变光纤里空气孔的形状，而且使石英材料折射率因压力而发生变化，从而改变光纤的传输特性，主要是改变各模式的传输常数和模式折射率，因而改变光纤的双折射。在零双折射光子晶体光纤中写入布拉格光栅或者长周期光栅，在横向应力的作用下(附图14)，产生线性双折射，光栅反射谱或者透射谱上不再只有一个谐振波长，而是分裂为与两个偏振态对应的两个谐振波长，在这两个谐振波长处出现反射峰值(附图19，附图20)，波长间隔与光纤的基模模式双折射成正比，从而正比于施加在光纤上的外部横向应力。因此，检测两个反射峰值波长或者透射损耗峰值波长间隔的变化，就可以实现横向应力的实时监测。
高双折射光子晶体光纤的两个基模(附图13)存在固有双折射，而且比传统双折射光纤高很多，在其中写入布拉格光栅或者长周期光栅，即使没有外部横向应力，反射谱峰值或透射谱的损耗峰也是在两个分开的谐振波长处(附图21)，波长间隔正比于光纤的双折射。外部应力沿光纤慢轴施加在光纤横向时(附图15竖直方向的力F)，使双折射减小，因而波长间隔减小；外部应力沿光纤快轴施加时(附图15水平方向的力F)，其横向应变与折射率分布如附图16和附图17所示，双折射增大，波长间隔增大。因此，检测两个反射峰值波长或者透射损耗峰值波长间隔的变化，可以实现横向应力大小和方向的实时监测。
本发明的解决方案主要有几个关键技术。
第一，零双折射光子晶体光纤和高双折射光子晶体光纤的选用。由于制作工艺的不完美，一般情况下不可能得到完全没有双折射的光纤，但是本发明正是要利用光纤的双折射特性进行横向应力传感检测，因此，由工艺缺陷引起的光纤固有双折射问题可以避免。
第二，高双折射光子晶体光纤姿态的调整，以利于检测外部应力方向。在高双折射光子晶体光纤中，其模式双折射的变化与外力方向有关，因此，调整光纤的姿态，可以确定外部横向应力的方向。
第三，布拉格光栅的写入。不论是零双折射还是高双折射光子晶体光纤传感器系统，本发明都需要在其中写入布拉格光栅，这是当前的前沿技术。光子晶体光纤结构比较复杂，尤其在纯石英光子晶体光纤中写入布拉格光栅的技术更加困难，目前国际上只有少量实验报道，主要是传统的相位掩膜版紫外曝光和双光子吸收两种方法。
第四，长周期光栅的引入。不论是零双折射还是高双折射光子晶体光纤传感器系统，本发明都需要在其中引入长周期光栅，这是当前的前沿技术。但是，相对于布拉格光栅的写入困难，在光子晶体光纤中引入长周期光栅相对容易得多。可以利用传统的振幅掩膜版紫外曝光方法在光子晶体光纤中写入长周期光栅，也可以利用周期性微弯、超声波耦合、强激光周期性刻蚀等方法，在光子晶体光纤中引入等效的长周期光栅。
第五，光栅反射谱或透射谱的检测，关键是谐振波长变化的检测。通过检测谐振波长间隔的变化，实现横向应力大小和方向的检测。
本发明的技术效果在实际传感器应用中能得到体现。应用写有光栅的零双折射光子晶体光纤横向应力(应变)传感器，因使用的光纤不具有固有双折射，无论从哪个方向施加的横向应力，产生的横向形变和折射率变化对输出光信号的影响都是一样的，因此不能区分横向应力来自的方向。该传感器系统只能用于与方向无关的横向应力检测。应用写有光栅的高双折射光子晶体光纤横向应力(应变)传感器，因使用的光纤具有较高的固有双折射，不同方向施加的横向应力产生的横向形变和折射率变化对输出光信号的影响不同，因此该传感器系统能用于方向相关的横向应力检测。
应用写有光栅的零双折射或高双折射光子晶体光纤横向应力(应变)传感器的技术效果还可以通过以下手段得到提高。
第一，选用零双折射光子晶体光纤时，考虑其单模特性，尤其是光纤结构对单模特性的决定性因素。如果结构在外力作用下的形变比较敏感，可以提高传感器灵敏度。
第二，选用高双折射光子晶体光纤时，考虑其单模特性，尤其是光纤结构对单模特性的决定性因素。如果结构在外力作用下的形变比较敏感，可以提高传感器灵敏度。
第三，选用高双折射光子晶体光纤时，考虑其双折射特性，尤其是光纤结构对双折射特性的决定性因素。如果结构在外力作用下的形变比较敏感，双折射变化也比较敏感，可以提高传感器灵敏度。
第四，选用高双折射光子晶体光纤时，考虑其受横向压力的姿态，主要是受力的方向，通过调整光纤的姿态，可以发现对外力作用最敏感的方向，从而提高传感器灵敏度。
第五，选用波长探测器或者光谱探测器时，如果其波长分辨率高，或者响应度高，或者灵敏度高，都能提高传感器系统的灵敏度。
第六，传感器系统其它信号处理部分的功能改善，也有利于提高传感器的技术效果。
第七，传感器系统其它部分的功能改善，器件性能提高，都有利于提高传感器系统的技术效果。
至此，给出并介绍了应用写有光栅的光子晶体光纤的横向应力(应变)传感系统。考虑本发明的详细介绍和附图，那些专业技术人员将明显看到本发明的这些和其它目的以及优点。显而易见地，专业技术人员能比较容易地对本发明进行修改、改变、变化、使用和应用，所有那些没有远离本发明实质的修改、改变、变化、使用和应用都包括在本发明之内。
图1 应用写有光栅的光子晶体光纤的横向应力透射式系统框图；图2 应用写有光栅的光子晶体光纤的横向应力反射式系统框图；图3 横向周期性压力引入长周期光栅的方式；图4 压力单元结构；图5 三角周期的零双折射光子晶体光纤结构；图6 四方周期的零双折射光子晶体光纤结构；图7 蜂窝周期的零双折射光子晶体光纤结构；图8 三角周期的零双折射光子晶体光纤里基模的模场分布；图9 第一种高双折射光子晶体光纤结构；图10 第二种高双折射光子晶体光纤结构；图11 第三种高双折射光子晶体光纤结构；图12 第四种高双折射光子晶体光纤结构；图13 图10对应的高双折射光子晶体光纤里基模的模场分布；图14 零双折射光子晶体光纤受力示意图；图15 图10对应的高双折射光子晶体光纤受力示意图；图16 图10对应的光纤沿快轴方向受力后的应变分布；图17 图10对应的光纤沿快轴方向受力后的折射率分布；图18 三角周期的光子晶体光纤中长周期光栅周期与谐振波长的关系；图19 零双折射光子晶体光纤里长周期光栅透射谱；图20 零双折射光子晶体光纤里光纤布拉格光栅反射谱和透射谱；图21 高双折射光子晶体光纤里布拉格光栅反射谱和透射谱。
具体实施例方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合实施案例和附图对本发明做进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1光子晶体光纤中引入长周期光栅横向应力(应变)传感系统，一种检测横向应力应变的光纤传感系统，主要包括激光器光源，普通单模光纤，偏振控制器，零双折射光子晶体光纤或高双折射光子晶体光纤，长周期光纤光栅，受力单元，光检测器，信号处理与显示单元。激光器光源输出光波段应该能覆盖长周期光栅的谐振波长。
附图1所示，图中光纤是零双折射或高双折射光子晶体光纤，在附图4所示的压力单元里受力，形成周期性微弯，1为光纤，2为压力单元底座，有周期性凹槽，3为压力单元上盖，4为光纤在压力单元内的位置；按照附图3的方式在光纤中引入长周期光栅。光经过普通单模光纤传输至横向应力检测区，光在横向应力作用下通过光纤，并输出至光探测器(波长或光谱探测)，探测其透射谱或谐振波长的变化；经信号采样、处理、显示，输出横向应力检测的图形与数据结果。
光子晶体光纤在经过专门设计制作的受力单元内受到横向压力的时候，发生周期性微弯，通过周期性微弯在光子晶体光纤中引入纵向调制，形成等效长周期光栅。长周期光栅的调制深度等参数会随横向应力而改变，从而改变光栅的传输特性，因此即可检测外界应力的变化。
实施例2光子晶体光纤中写入布拉格光栅的横向应力(应变)传感系统，一种检测横向应力应变的光纤传感系统，主要包括激光器光源，普通单模光纤，零双折射光子晶体光纤或高双折射光子晶体光纤，布拉格光栅，受力单元，光环行器，光检测器，信号处理与显示单元。激光器光源输出光波段应该能覆盖布拉格光栅的谐振波长。
附图2所示，图中光纤是零双折射或高双折射光子晶体光纤，其中写有布拉格光栅；光经过环行器和普通单模光纤传输至横向应力检测区，光在横向应力作用下通过光纤；经布拉格光栅反射至环行器，从环行器的一个端口输出至光探测器(波长或光谱探测)，探测反射谱峰值波长的位置变化和波长间隔，光检测器检测两个偏振态对应的谐振波长之间的波长间隔变化，该变化正比于横向应力；经信号采样、处理、显示，输出横向应力检测的图形与数据结果。
因为高双折射光子晶体光纤的固有双折射的改变与外力方向有关，因此改变横向应力方向会改变光纤的双折射，从而改变写入其中的布拉格光栅反射谱峰值波长间隔的变化情况，因此，经信号采样、处理、显示，可以得到横向应力的大小和方向的结果。
权利要求
1.一种检测横向应力应变的光纤传感系统，主要包括激光器光源，普通单模光纤，零双折射光子晶体光纤或高双折射光子晶体光纤，布拉格光栅，光环行器，受力单元，光谱检测器，信号处理与显示单元。其特征在于激光器光源输出光经过光环行器，然后耦合进入零双折射或高双折射光子晶体光纤，光子晶体光纤上写有布拉格光栅，并安放在受力单元内，便于感受施加的外部横向应力，从布拉格光栅反射回的信号光经过光环行器后输出至光谱检测器，检测反射光谱，并将检测到的信息送给信号处理和显示单元，得到横向应力的检测结果。
2.根据权利要求1所述的一种检测横向应力应变的光纤传感系统，其特征在于含有长周期光栅，偏振控制器，激光器光源输出光经偏振控制器后，耦合进入零双折射或高双折射光子晶体光纤，光子晶体光纤上写有长周期光栅，并安放在受力单元内，便于感受施加的外部横向应力，输出端连接的光谱检测器检测透射光谱，并将检测到的信息送给信号处理和显示单元，得到横向应力的检测结果。
3.根据权利要求1或2所述的光纤传感系统，其特征在于通过横向周期性微弯在光子晶体光纤中引入纵向调制，等效长周期光栅。
4.根据权利要求1所述的光纤传感系统，其特征在于光子晶体光纤在受力单元内受到横向压力的时候，发生周期性微弯，形成长周期光栅。
5.根据权利要求3所述的光纤传感系统，其特征在于光子晶体光纤在受力单元内受到横向压力的时候，发生周期性微弯，形成长周期光栅。
6.根据权利要求1或2所述的光纤传感系统，其特征在于激光器光源输出光波段覆盖布拉格光栅或者长周期光栅的谐振波长。
7.根据权利要求1所述的光纤传感系统，其特征在于使用光环行器将布拉格光栅反射的光信号耦合至光谱监测器。
8.根据权利要求1所述的光纤传感系统，其特征在于光谱检测器检测两个偏振态对应的谐振波长之间的波长间隔变化，该变化正比于横向应力。
9.写有光栅的光子晶体光纤的横向应力传感系统及实现方法；其特征在于有以下步骤第一，选用零双折射或高双折射光子晶体光纤，在其中制作布拉格光栅或者长周期光栅，通过测量光栅的传输谱来确定光栅的谐振波长；第二，选择激光器工作波段，使其覆盖传感系统使用的光栅的谐振波长，并确定相应系统使用的激光器光源和光检测器，以及偏振控制器、光环行器等有源和无源器件；第三，写有光栅的光子晶体光纤安放在受力单元内，对光纤施加外部横向应力；第四，激光器光源输出光经偏振控制器后，将其耦合进入光子晶体光纤；第五，连接传感系统光路，并精确调整响应、灵敏度、精度；第六，使用光环行器，将反射光连接至光谱检测器，检测反射光谱；或者，直接将光纤远端连接至光谱检测器，检测透射光谱；第七，调试信号处理与显示单元，对检测信号进行处理并显示在终端设备上，实现横向应力的实时检测。
全文摘要
一种检测横向应力应变的光纤传感系统，激光器光源输出光经偏振控制器后，耦合进入零双折射或高双折射光子晶体光纤，光子晶体光纤上写有长周期光栅，并安放在受力单元内，便于感受施加的外部横向应力，输出端连接的光谱检测器检测透射光谱，并将检测到的信息送给信号处理和显示单元，得到横向应力的检测结果。或者激光器光源输出光经过光环行器，然后耦合进入写有布拉格光栅的光子晶体光纤，光子晶体光纤安放在受力单元内，从布拉格光栅反射回的信号光经过光环行器后输出至光谱检测器，检测反射光谱，并将检测到的信息送给信号处理和显示单元，得到横向应力的检测结果。
文档编号G01D5/353GK1844856SQ20061008152
公开日2006年10月11日 申请日期2006年5月26日 优先权日2006年5月26日
发明者王智, 王拥军, 吴重庆 申请人:北京交通大学