一种单端反射式长周期光纤光栅传感器及其制作工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种单端反射式长周期光纤光栅传感器及其制作工艺，属于光纤光栅传感技术领域。包括长周期光纤光栅段、光纤段和尾端段，从左到右依次为长周期光纤光栅段、光纤段和尾端段，长周期光纤光栅段的表面上设有一层光纤光栅段金属膜，尾端段的表面上设有一层尾端段金属膜，尾端段的端面上设有一层尾端段端面金属膜，光纤光栅段由内至外依次为光纤光栅段纤芯和光纤光栅段金属膜，光纤光栅段金属膜、尾端段金属膜和尾端段端面金属膜均为钯金膜。本发明公开的单端反射式镀膜长周期光纤光栅传感器，具有探头式结构，结构简单、体积小、灵敏度高，并对温度、折射率、液位等外界物理量敏感，可广泛应用于生物、化学、物理、土木、医疗等领域。
【专利说明】
一种单端反射式长周期光纤光栅传感器及其制作工艺
技术领域
[0001 ]本发明属于光纤光栅传感技术领域，涉及一种反射式长周期光纤光栅传感器，具 体涉及一种单端反射式长周期光纤光栅传感器及其制作工艺。
【背景技术】
[0002] 长周期光纤光栅(LPFG)周期为几十至几百微米，是同向传输的纤芯基模和包层模 之间的耦合，其功能是将光纤中传播的特定波长的光波耦合到包层中损耗掉，而不产生反 射。实验证明长周期光纤光栅的传输特性会因外界应力、温度等因素的变化而改变，而且较 光纤布拉格光栅(FBG)的反应更加敏感，是一种理想的传感元件。其应用领域非常广泛，在 光纤传感和光纤通讯领域具有良好的应用前景。但是，也恰是由于LPFG的透射特性，使其作 为传感元件时，不能作为反射式探针结构，而解调设备光谱仪价格昂贵、体积庞大，造成在 实际应用时有着诸多的局限。
[0003] 《光学学报》2011年发表了《基于双峰谐振效应的镀金属长周期光纤光栅液体浓度 传感器》，作者:顾铮先，张江涛，提出的基于双峰谐振效应长周期光纤光栅，仍然是透射型 光纤光栅传感器，不易于实现探头结构的传感;《光电工程》2009年07期发表了《金属涂层 SPR的单端面LPFG折射率传感器》，作者:赵敏福，张桂菊，马狄峰;提出的反射式长周期光纤 光栅，其不足之处在于，1)该文献中描述到在光栅上镀上各种不同厚度的薄金属膜来激发 表面等离子体波，用这种镀金属膜光纤光栅传感器来测量液体的折射率，并研究它的反射 谐振谱的特性;实际应用中，影响反射式的长周期光纤光栅传感器的敏感特性的因素较多， 该文献仅从SPR效应的角度进行了研究工作，虽然为测量折射率提供了参考，但是想达到精 确的测量性能还需要考虑很多其他因素;2)该文献采用宽带光源及光谱仪进行测量，宽带 光源及光谱仪价格昂贵，体积庞大，在实际推广使用中成本较高，使用不便，且占用较多人 力资源;3)该文献中的传感器结构为整体式结构，由于在使用过程中，端部容易受外界碰触 而损坏，而整体式结构无法灵活更换传感探头，使用起来不够便利；同时若探头损坏则整个 传感器损坏，成本增加；另一方面整体式结构的光栅传感器，由于无法和其他特殊性质的光 纤配合使用，比如，非零色散光纤，微弯不敏感特性的光纤、超低损耗单模光纤等，满足不了 各种不同的需求，因此应用范围选择性小，从而致使传感结构推广应用受限。
【发明内容】
[0004] 1.发明要解决的技术问题
[0005] 针对现有透射型长周期光纤光栅监测不便、所需仪器昂贵庞大的问题，本发明提 出一种单端反射式长周期光纤光栅传感器及其制作工艺。它能够实时监测，并对温度、折射 率、液位等外界物理量敏感，可广泛应用于生物、化学、物理、土木、医疗等领域。
[0006] 2.技术方案
[0007] 为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
[0008] -种基于单端反射式长周期光纤光栅传感器，包括长周期光纤光栅段、光纤段和 尾端段，从左到右依次为长周期光纤光栅段、光纤段和尾端段，长周期光纤光栅段的表面上 设有一层光纤光栅段金属膜，尾端段的表面上设有一层尾端段金属膜，尾端段的端面上设 有一层尾端段端面金属膜。
[0009] 由于耦合到光纤包层高阶模的光能量到达光纤端面反射后，被LPG重新耦合回到 芯层传播，与通过纤芯的前向光波发生干涉，而这种自干涉效应对外界环境也尤为敏感，本 发明在长周期光纤光栅上利用干涉效应，是比较难以想到的，如果不做成单端反射式结构， 也无法出现自干涉效应，这两者综合考虑，需要同时考虑产生SPR效应的镀膜厚度及产生自 干涉效应的光栅到端面的距离即腔长长度，因此是存在难度的。综合考虑了 SPR效应和干涉 效应对外界环境的敏感特性，将两者结合起来后，用于本发明的传感器原理中，与现有技术 中单纯使用SPR效应的长周期光纤光栅的传感器相比，提高传感器的敏感特性。
[0010] 优选地，所述的光纤光栅段金属膜、尾端段金属膜和尾端段端面金属膜均为钯金 膜。也可以选择其他金属膜(如金、银）。钯金膜具有高反射率，不易氧化，极易与光纤附着粘 合。
[0011] 优选地，光纤光栅段由内至外依次为光纤光栅段纤芯和光纤光栅段金属膜。
[0012] 优选地，尾端段由内至外依次为尾端段纤芯和尾端段金属膜，尾端段的端面有尾 端段端面金属膜。
[0013]优选地，光纤光栅段纤芯与光纤段纤芯为整体纤芯，选择用单模光纤;尾端段纤芯 也是单模光纤，因为多模光纤不具有同样的传感特性，为保证传感器的传感特性良好，因此 采用单模光纤。
[0014]光纤光栅段纤芯与光纤段纤芯是一个整体切断的，而尾端段纤芯是另外一段光纤 连接上的，尾端段纤芯如果选择微弯不敏感的光纤，则会对微弯不敏感，从而能够避免微弯 对反射谱的影响；如果尾端段纤芯选择其他特殊性质的光纤，如弯曲不敏感光纤、超低损耗 单模光纤等，则可以起到特殊的作用，这样有利于制作工艺上的灵活性，且能够满足实践应 用中的不同需求。
[0015]优选地，光纤光栅段金属膜的厚度为50-100nm，尾端段金属膜、尾端段端面金属膜 的厚度为700-1000nm左右。光纤光栅段金属膜的厚度选择薄，是为了激发SPR效应，、尾端段 端面金属膜的厚度厚，是为了有良好的反射效果。
[0016] 优选地，所述光纤光栅段的长度为4-6cm，光纤段的长度为l-2cm，尾端段的长度为 l-6cm。光纤光栅段的长度是固定的，光纤段的长度是为了制作起来方便熔接，尾端段的长 度选择是有利于反射，且产生较好的干涉效应，并保证最后制作的探头大小，如果长度太 长，将会没有自干涉效应。
[0017] -种基于单端反射式长周期光纤光栅传感器的制作工艺，其步骤为：
[0018] A、将长周期光纤光栅的一端切平，形成长周期光纤光栅段和光纤段；
[0019] B、长周期光纤光栅段内部是光纤光栅段纤芯，在长周期光纤光栅段表面镀一层光 纤光栅段金属膜，长周期光纤光栅表面形成等离子体共振效应;光纤光栅段金属膜的厚度 为50_100nm;
[0020] C、选取普通圆柱形单模光纤，在该单模光纤的端面镀一层尾端段端面金属膜，以 形成高反射率镜面，在该单模光纤的表面镀一层尾端段金属膜，该单模光纤为尾端段;尾端 段金属膜和尾端段端面金属膜的厚度为7〇〇 -l〇〇〇nm;
[0021] D、将光纤段与尾端段熔接，构成一种单端反射式镀膜长周期光纤光栅传感探头。 [0022]优选地，长周期光纤光栅段的长度为4-6cm，光纤段的长度为l-2cm，尾端段纤芯长 度l_6cm。
[0023]优选地，光纤光栅段金属膜、尾端段金属膜和尾端段端面金属膜的镀膜材料均为 钯金。
[0024]本发明的传感器将单端反射自干涉效应应用在镀金属膜LPG结构中，综合利用SPR 效应及自干涉效应对外界环境折射率灵敏响应的优势，构建具有高灵敏度的单端反射式镀 膜结构长周期光栅(Single reflection Coating LPG，简称SCLPG)。
[0025]本发明的基于单端反射式镀膜长周期光纤光栅传感器具有探头式结构，相比于普 通的透射式长周期光纤光栅结构紧凑，且具有更高的传感灵敏度，能够实时监测，并对温 度、折射率、液位等外界物理量敏感，可广泛应用于生物、化学、物理、土木、医疗等领域。 [0026] 3.有益效果
[0027] (1)本发明的光纤光栅段金属膜、尾端段金属膜和尾端段端面金属膜均为钯金膜。 也可以选择其他金属膜(如金、银），钯金膜具有高反射率，不易氧化，极易与光纤附着粘合， 镀膜工艺简单，同时也能够提高传感器的反射特性，进而提高传感器的灵敏度；
[0028] (2)本发明的长周期光纤光栅段内部是光纤光栅段纤芯，在长周期光纤光栅段表 面镀一层光纤光栅段金属膜，长周期光纤光栅表面形成等离子体共振效应，等离子体共振 效应对表面环境具有很高的灵敏度，通过这种敏感性，对光纤所在位置的外部环境（如温 度，湿度，液位等)进行监测，以应用于不同的领域，解决各种各样的问题；
[0029] (3)本发明将光纤段纤芯与尾端段纤芯熔接，由于尾端段选取的是康宁弯曲不敏 感单模光纤，制作成本发明所述的传感器的传感探头后，避免了微弯对谱形的影响；
[0030] (4)本发明采用反射式探头结构的传感，使得本发明的传感器监测方便，仅需要一 台光纤光栅解调仪，该仪器体积小，成本低；
[0031] (5)本发明的基于单端反射式镀膜长周期光纤光栅传感器具有探头式结构，相比 于普通的透射式长周期光纤光栅结构紧凑，且具有更高的传感灵敏度，能够实时监测，并对 温度、折射率、液位等外界物理量敏感，可广泛应用于生物、化学、物理、土木、医疗等领域；
[0032] (6)本发明的传感器将单端反射自干涉效应应用在镀金属膜LPG结构中，综合利用 SPR效应及自干涉效应对外界环境折射率灵敏响应的优势，构建具有高灵敏度的单端反射 式镀膜结构长周期光栅。
【附图说明】
[0033] 图1为本发明的传感器结构示意图；
[0034] 图2为应用本发明的基于单端反射镀膜长周期光纤光栅传感器的实验系统图。
[0035] 图中标号名称：
[0036] 1、长周期光纤光栅段(LPG);2、光纤段;3、尾端段;4、光纤光栅段纤芯;5、光纤段纤 芯;6、尾端段纤芯;7、光纤光栅段金属膜;8、尾端段金属膜;9、尾端段端面金属膜；10、光纤 光栅解调仪。
【具体实施方式】
[0037] 以下结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0038] 实施例1
[0039] 结合图1-2, 一种基于单端反射式长周期光纤光栅传感器，包括长周期光纤光栅段 1、光纤段2和尾端段3,从左到右依次为长周期光纤光栅段1、光纤段2和尾端段3,光纤光栅 段1的长度为4_6cm，光纤段2的长度为l-2cm，尾端段3的长度为l-6cm〇
[0040] 光纤光栅段1由内至外依次为光纤光栅段纤芯4和光纤光栅段金属膜7,长周期光 纤光栅段1的表面上设有一层光纤光栅段金属膜7,尾端段3的表面上设有一层尾端段金属 膜8，尾端段3的端面上设有一层尾端段端面金属膜9，尾端段3由内至外依次为尾端段纤芯6 和尾端段金属膜8,光纤段2的纤芯为光纤段纤芯5,光纤光栅段纤芯4与光纤段纤芯5为整体 纤芯，可以是单模光纤;尾端段纤芯6可以是单模光纤。
[0041] 尾端段3的端面有尾端段端面金属膜9。所述的光纤光栅段金属膜7、尾端段金属膜 8和尾端段端面金属膜9均为钯金膜。也可以选择其他金属膜(如金、银）。钯金膜具有高反射 率，不易氧化，极易与光纤附着粘合，镀膜工艺简单，同时也能够提高传感器的反射特性。光 纤光栅段金属膜7的厚度为50-100nm，尾端段金属膜8、尾端段端面金属膜9的厚度为700-lOOOnm。
[0042] -种基于单端反射式长周期光纤光栅传感器的制作工艺，其步骤为：
[0043] A、将长周期光纤光栅的一端切平，形成长周期光纤光栅段1和光纤段2;
[0044] B、长周期光纤光栅段1内部是光纤光栅段纤芯4,在长周期光纤光栅段1表面镀一 层光纤光栅段金属膜7，长周期光纤光栅表面形成等离子体共振效应;光纤光栅段金属膜7 的厚度为50-100nm ;
[0045] C、选取普通圆柱形单模光纤，在该单模光纤的端面镀一层尾端段端面金属膜9,以 形成高反射率镜面，在该单模光纤的表面镀一层尾端段金属膜8，该单模光纤为尾端段3;尾 端段金属膜8和尾端段端面金属膜9的厚度为700-1000nm;光纤光栅段金属膜7、尾端段金属 膜8和尾端段端面金属膜9的镀膜材料均为钯金；
[0046] D、将光纤段2与尾端段3熔接，构成一种单端反射式镀膜长周期光纤光栅传感探 头。长周期光纤光栅段1的长度为4-6cm，光纤段2的长度为l-2cm，尾端段3纤芯长度l-6cm〇
[0047] 本发明的传感器将单端反射自干涉效应应用在镀金属膜LPG结构中，综合利用SPR 效应及自干涉效应对外界环境折射率灵敏响应的优势，构建具有高灵敏度的单端反射式镀 膜结构长周期光栅(Single reflection Coating LPG，简称SCLPG)。
[0048] 实施例2
[0049] 本实施例与实施例1类似，其中，传感器的光纤光栅段1的长度为4cm，光纤段2的长 度为lcm，尾端段3的长度为lcm。光纤光栅段金属膜7的厚度为50nm，尾端段金属膜8、尾端段 端面金属膜9的厚度为700nm〇
[0050] -种基于单端反射式长周期光纤光栅传感器的制作工艺，其步骤为：
[0051] A、将长周期光纤光栅的一端切平，形成长周期光纤光栅段1和光纤段2;
[0052] B、长周期光纤光栅段1内部是光纤光栅段纤芯4,在长周期光纤光栅段1表面镀一 层光纤光栅段金属膜7，长周期光纤光栅表面形成等离子体共振效应;光纤光栅段金属膜7 的厚度为50nm;
[0053] C、选取普通圆柱形单模光纤，在该单模光纤的端面镀一层尾端段端面金属膜9,以 形成高反射率镜面，在该单模光纤的表面镀一层尾端段金属膜8，该单模光纤为尾端段3;尾 端段金属膜8和尾端段端面金属膜9的厚度为700nm;光纤光栅段金属膜7、尾端段金属膜8和 尾端段端面金属膜9的镀膜材料均为钯金；
[0054] D、将光纤段2与尾端段3熔接，构成一种单端反射式镀膜长周期光纤光栅传感探 头。长周期光纤光栅段1的长度为4cm，光纤段2的长度为lcm，尾端段3纤芯长度lcm。
[0055] 本发明的基于单端反射式镀膜长周期光纤光栅传感器具有探头式结构，相比于普 通的透射式长周期光纤光栅结构紧凑，且具有更高的传感灵敏度，能够实时监测，并对温 度、折射率、液位等外界物理量敏感，可广泛应用于生物、化学、物理、土木、医疗等领域。
[0056] 实施例3
[0057] 本实施例与实施例1类似，其中，传感器的光纤光栅段1的长度为6cm，光纤段2的长 度为2cm，尾端段3的长度为6cm。光纤光栅段金属膜7的厚度为100nm，尾端段金属膜8、尾端 段端面金属膜9的厚度为lOOOnm。
[0058] 一种基于单端反射式长周期光纤光栅传感器的制作工艺，其步骤为：
[0059] A、将长周期光纤光栅的一端切平，形成长周期光纤光栅段1和光纤段2;
[0060] B、长周期光纤光栅段1内部是光纤光栅段纤芯4,在长周期光纤光栅段1表面镀一 层光纤光栅段金属膜7，长周期光纤光栅表面形成等离子体共振效应;光纤光栅段金属膜7 的厚度为l〇〇nm ;
[0061] C、选取普通圆柱形单模光纤，在该单模光纤的端面镀一层尾端段端面金属膜9,以 形成高反射率镜面，在该单模光纤的表面镀一层尾端段金属膜8，该单模光纤为尾端段3;尾 端段金属膜8和尾端段端面金属膜9的厚度为lOOOnrn;光纤光栅段金属膜7、尾端段金属膜8 和尾端段端面金属膜9的镀膜材料均为钯金；
[0062] D、将光纤段2与尾端段3熔接，构成一种单端反射式镀膜长周期光纤光栅传感探 头。长周期光纤光栅段1的长度为6cm，光纤段2的长度为2cm，尾端段3纤芯长度6cm。
[0063] 实施例4
[0064] 本实施例与实施例1类似，其中不同之处是，传感器的光纤光栅段1的长度为5cm， 光纤段2的长度为1.5cm，尾端段3的长度为4cm。光纤光栅段金属膜7的厚度为80nm，尾端段 金属膜8、尾端段端面金属膜9的厚度为800nm。
[0065] -种基于单端反射式长周期光纤光栅传感器的制作工艺，其步骤为：
[0066] A、将长周期光纤光栅的一端采用切割刀切平，形成长周期光纤光栅段1和光纤段 2；
[0067] B、长周期光纤光栅段1内部是光纤光栅段纤芯4,在长周期光纤光栅段1表面镀一 层光纤光栅段金属膜7，长周期光纤光栅表面形成等离子体共振效应;光纤光栅段金属膜7 的厚度为80nm;
[0068] C、选取普通圆柱形单模光纤，在该单模光纤的端面镀一层尾端段端面金属膜9,以 形成高反射率镜面，在该单模光纤的表面镀一层尾端段金属膜8，该单模光纤为尾端段3;尾 端段金属膜8和尾端段端面金属膜9的厚度为800nm;光纤光栅段金属膜7、尾端段金属膜8和 尾端段端面金属膜9的镀膜材料均为钯金；
[0069] D、将光纤段2与尾端段3熔接，构成一种单端反射式镀膜长周期光纤光栅传感探 头。长周期光纤光栅段1的长度为5cm，光纤段2的长度为1.5cm，尾端段3纤芯长度4cm〇
[0070] 实施例5
[0071] 本实施例适用于实施例1-4,长周期光纤光栅的一端采用切割刀切平，形成长周期 光纤光栅段1和光纤段2,在长周期光纤光栅1上镀光纤光栅段金属膜7,此时在光纤光栅表 面形成等离子体共振效应，表面等离子体共振(surface plasma resonance,SPR)效应对表 面环境具有很高的灵敏度，在LPG包层上镀一层足够薄的金属膜时，金属膜与介质界面之间 有SPR效应。同时，在LPG终端镀上高反射膜，将透射式LPG构成反射式探针结构，则耦合到光 纤包层高阶模的光能量到达光纤端面，反射后被LPG重新耦合回到芯层传播，与通过纤芯的 前向光波发生干涉，这种自干涉效应对外部环境尤为敏感，通过这种敏感性，对光纤所在位 置的外部环境(如温度，湿度，液位等)进行监测，以应用于不同的领域，解决各种各样的问 题。
[0072]选取普通圆柱形单模光纤（可以为其他种类单模光纤），尾端段纤芯6的端面镀 700nm-1000nm厚的尾端段端面金属膜9,以形成高反射率镜面。再将光纤段纤芯5与尾端段 纤芯6熔接，由于尾端段3选取的是康宁弯曲不敏感单模光纤，制作成本发明所述的传感器 的传感探头后，避免了微弯对谱形的影响。本发明采用反射式探头结构的传感，使得本发明 的传感器监测方便，仅需要一台光纤光栅解调仪11，该仪器体积小，成本低。
[0073] 光纤光栅段金属膜7、尾端段金属膜8和尾端段端面金属膜9可采用离子溅射镀膜 方法制作，镀膜材料为钯金，选择钯金的原因是由于其具有高反射率、不易氧化，易与与光 纤附着粘合，金属膜7的作用是在有光源时，可作为基底形成表面等离子体效应，尾端段端 面金属膜9作为全波段的端面反射镜，镀膜后的端面反射率可达75 %，厚度为700nm-lOOOnm。长周期光纤光栅段1到尾端段端面金属膜9之间的距离，形成了自干涉效应，由此构 成高灵敏度的单端反射式镀膜长周期光纤光栅传感器。
[0074] 图2是应用本发明的传感器的实验系统图，通过光纤光栅解调仪10通道内部发出 的光经过本发明的传感器后，被反射回光纤光栅解调仪10并显示光谱。本发明不需要采用 宽带光源及光谱仪进行测量，从而节省了成本，便于在实践中推广使用，且不要占用较多人 力。
[0075] 实施例6
[0076] 本实施例与实施例1类似，其中不同之处是，尾端段3采用微弯不敏感的光纤，从而 能够避免微弯特性的影响。也正是本发明的这种光纤段2和尾端段3分开式的结构，使得尾 端段3能够选择具有一些特殊性质的光纤，且在使用过程中，端部容易受外界碰触而损坏， 而分段式结构易于更换端部结构，从而满足不同需求。
[0077] 实施例7
[0078] 本实施例与实施例6类似，其中不同之处是，根据需求不同，尾端段3采用非零色散 光纤，从而使得色散为零，零色散点的波长为1.54-1.565nm，长周期光纤光栅段1、光纤段2 和尾端段3这种分布式的结构，使得长周期光纤光栅段1的波长可选范围大。
[0079] 实施例7
[0080]本实施例与实施例6类似，其中不同之处是，根据需求不同，尾端段3采用超低损耗 单模光纤。
[0081 ] 实施例8
[0082]本实施例是对实施例1-7的原理论述，单端反射长周期光纤光栅探头（Single Coating Long-period-fiber grating，SCLPG)的传感原理：
[0083] LPFG的模式耦合属于纤芯基模LP01与同向传输的一阶包层模LPOm之间的耦合。由 耦合模理论可知，长周期光纤光栅的相位匹配条件可由式表示：
[0084]
[0085] 分别为光纤纤芯和第m次包层模的有效折射率。纤芯基模的有效折射率 由纤芯折射率m和包层折射率n 2决定，而包层模的有效折射率与m，n2有关的同时，还与 环境折射率nsur有关，当环境折射率变化将引起包层模有效折射率的变化，进而引起谐振波 长AL的漂移。因此，LPFG的谐振波长对外界环境折射率的变化尤为敏感，对一周期固定的 LPFG，有：
[0086]
[0087]同时，随着环境折射率nsur的变化，LPFG在谐振波长处的透射率T也相应发生变 化：
[0088] T = sin2(kL)
[0089] 其中：
％纤芯基模与包层模之间的耦合系数，L为光栅长度。
[0090]
[0091] I为纤芯区域内基模与包层模的交叉积分。其中lErnEcdad分别为纤芯基模和包层 模的电场幅值，Dn。。为纤芯的调制率，a为纤芯半径。
[0092] 由此可见，当LPFG受到外界折射率发生变化时，将引起包层模有效折射率<1 勺变 化，由此使谐振波长k发生漂移，同时，《含?的变化也改变积分I值，从而引起耦合系数k的变 化，进而使得谐振波长k对应的透射率发生变化，即LPFG的整个透射谱发生变化。
[0093]长周期光纤光栅的光栅周期一般在100μπι以上，它基于光纤内满足相位匹配条件 的同向模式之间的谐振耦合，是将前向传输的导模与其他前向导模或前向辐射模之间耦 合，将光波中某频带的光耦合到包层中去而损耗掉，因此无后向反射。而当在光栅端面镀上 反射率高的金属膜之后，本来经过LPFG的透射光将在端面反射，形成单端反射长周期光纤 光栅探头。并且经实验验证，其同样具有温度、折射率传感特性。
[0094]在环境折射率小于包层模折射率1.458左右时，谐振波长随着环境折射率的增加 向短波方向偏移，在靠近包层折射率时，偏移量显著变大，此时LPFG对折射率的敏感性增 加；当环境折射率增加到等于包层折射率时，此时可认为包层半径无限大，耦合峰全部消 失;而当环境折射率继续增大到高于包层折射率时，谐振波长重新在初始位置出现，且随着 折射率的继续增加，谐振峰位置几乎不变，但此时耦合强度降低，透射率增加，谐振峰深度 变浅。通过实验可知，钢筋锈蚀较严重时，锈水折射率为1.3536,仍小于包层模的折射率 1.458，即仍然处于可监测范围。
[0095]以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所 示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技 术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案 相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于单端反射式长周期光纤光栅传感器，包括长周期光纤光栅段（1)、光纤段 (2) 和尾端段(3)，其特征在于，从左到右依次为长周期光纤光栅段(1)、光纤段(2)和尾端段 (3) ，长周期光纤光栅段（1)的表面上设有一层光纤光栅段金属膜(7)，尾端段(3)的表面上 设有一层尾端段金属膜(8)，尾端段(3)的端面上设有一层尾端段端面金属膜(9)。2. 根据权利要求1所述的一种基于单端反射式长周期光纤光栅传感器，其特征在于，所 述的光纤光栅段金属膜(7)、尾端段金属膜(8)和尾端段端面金属膜(9)均为钯金膜。3. 根据权利要求1所述的一种基于单端反射式长周期光纤光栅传感器，其特征在于，光 纤光栅段(1)由内至外依次为光纤光栅段纤芯(4)和光纤光栅段金属膜(7)。4. 根据权利要求3所述的一种基于单端反射式长周期光纤光栅传感器，其特征在于，尾 端段(3)由内至外依次为尾端段纤芯(6)和尾端段金属膜(8)，尾端段(3)的端面有尾端段端 面金属膜(9)。5. 根据权利要求3所述的一种基于单端反射式长周期光纤光栅传感器，其特征在于，光 纤光栅段纤芯(4)与光纤段纤芯(5)为整体纤芯，选择用单模光纤;尾端段纤芯(6)也为单模 光纤。6. 根据权利要求3所述的一种基于单端反射式长周期光纤光栅传感器，其特征在于，光 纤光栅段金属膜(7)的厚度为50-100nm，尾端段金属膜(8)、尾端段端面金属膜(9)的厚度均 为700-1000nm。7. 根据权利要求3所述的一种基于单端反射式长周期光纤光栅传感器，其特征在于，所 述光纤光栅段(1)的长度为4-6cm，光纤段(2)的长度为l-2cm，尾端段(3)的长度为l-6cm〇8. -种基于单端反射式长周期光纤光栅传感器的制作工艺，其特征在于： A、 将长周期光纤光栅的一端切平，形成长周期光纤光栅段(1)和光纤段(2); B、 长周期光纤光栅段（1)内部是光纤光栅段纤芯(4)，在长周期光纤光栅段（1)表面镀 一层光纤光栅段金属膜(7)，长周期光纤光栅表面形成等离子体共振效应； C、 选取普通圆柱形单模光纤，在该单模光纤的端面镀一层尾端段端面金属膜(9)，以形 成高反射率镜面，在该单模光纤的表面镀一层尾端段金属膜(8)，该单模光纤为尾端段(3); D、 将光纤段（2)与尾端段（3)熔接，构成一种单端反射式镀膜长周期光纤光栅传感探 头。9. 根据权利要求8所述的一种基于单端反射式长周期光纤光栅传感器的制作工艺，其 特征在于，长周期光纤光栅段（1)的长度为4-6cm，光纤段(2)的长度为l-2cm，尾端段(3)纤 芯长度l _6cm〇10. 根据权利要求8所述的一种基于单端反射式长周期光纤光栅传感器的制作工艺，其 特征在于，光纤光栅段金属膜(7)、尾端段金属膜(8)和尾端段端面金属膜(9)的镀膜材料均 为钯金。
【文档编号】G01D5/38GK105973279SQ201610410962
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】王彦, 胡兴柳, 刘加萍, 方挺
【申请人】安徽工业大学