一种基于s型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置，它由宽带光源、入射单模光纤、S型光纤、长周期光栅、出射单模光纤、光功率计构成，其中长周期光栅刻于S型光纤上。通过将该传感结构固定在需测量的微位移平台上，当待测微位移发生变化时，S型光纤由于轴向应力导致弯曲度发生变化，即S型光纤两侧的垂直距离随着待测微位移的增大而减小，S型光纤的纤芯和包层能量分布发生变化，导致测量装置输出谐振峰的光强发生改变，通过监测该变化可以获得微位移的变化量。该装置可以避免使用复杂和昂贵的检测和解调系统，能够在环境参数测量中广泛地使用。
【专利说明】
-种基于s型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置
技术领域
[0001] 本实用新型属于微位移参数测量领域，具体为一种能够测量微米量级微位移的测 量装置。
【背景技术】
[0002] 在光学设备和一些工业应用中比如微加工，机器人技术，原子力显微镜和微机电 系统等需要精确的操作控制应用方面，微位移测量是一个关键因素，长期W来受到国内外 研究学者的高度关注。常见的光纤光学微位移测量有如下结构、布拉格光纤光栅、长周期光 纤光栅、光纤锥、错位光纤。运些结构都比较简单，容易制造，但是大部分上述的结构都是波 长解调类型，所W不可避免的使用复杂和昂贵的检测和解调系统。最近新型强度解调类型 的光纤光栅微位移传感器引起了广泛的关注。如利用单模和光子晶体光纤构成马赫曾德尔 干设仪，结构简单，微位移灵敏度，但是该传感器的制造需要昂贵的光子晶体光纤;利用蝴 蝶结锥光纤和错位光纤构成马赫曾德尔干设仪，也具有很高的微位移灵敏度，但是该结构 复杂，脆弱异断，并且容易受外界环境的影响。
[0003] 本实用新型公开的一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置， 采用中屯、波长为1550nm的宽光谱作为测量用光源，利用烙接机在普通单模光纤上形成S型 结构，在其上刻写长周期光栅形成微位移传感头，通过将该测量装置固定在待测微位移平 台上，利用测量装置输出谐振峰的强度随被测微位移的变化特征，达到测量微位移的目的。 本实用新型的优点在于:仅通过在S型光纤上刻写长周期光栅，就能实现微位移的高精度传 感，仅通过监测输出光强的变化可W实现微位移的测量。由于是强度解调型测量装置，可W 避免使用复杂昂贵的检测和解调系统，可W在多种环境参数测量中广泛使用。
【发明内容】
[0004] 本实用新型的目的在于提出一种结构简单、测量精度高的光纤微位移测量装置。
[0005] 本实用新型采用的技术方案为：
[0006] -种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置，包括宽带光源（1)、 入射单模光纤(2)、S型光纤(3)、长周期光栅(4)、出射单模光纤巧）、光功率计(6);宽带光源 (1)的输出端与入射单模光纤(2)的一端相连，入射单模光纤(2)的另一端与长周期光栅(4) 的一端相连，长周期光栅(4)的另一端与出射单模光纤(5)的一端相连，出射单模光纤巧）的 另一端与光功率计(6)相连，S型光纤(3)位于长周期光栅(4)的中间。
[0007] 所述的一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置，其特征在于 宽带光源（1)的工作波长为1520nm-1570nm。
[000引所述的一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置，其特征是S型 光纤(3)位于长周期光栅(4)的中间，其中S型光纤(3)的错位宽度和长度分别为35.47祉m与 68 姐m。
[0009]所述的一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置，其特征是长 周期光栅(4)刻在S型光纤(3)上，其周期和长度分别为600WI1与24mm。
[0010] 本实用新型的工作原理是：宽带光源1发出的光通过一段入射单模光纤2后进入长 周期光栅4后，除了包层中损耗的光外，其余光通过出射单模光纤5输出。当待测微位移发生 变化时，长周期光栅4的周期和S型光纤3的弯曲度均发生变化，且WS型光纤3的弯曲度变化 为主。S型光纤3的弯曲度变化引起S型光纤中纤忍能量Icnre和包层能量Iclad两者的分配发生 变化，导致测量装置输出光谱的条纹可见度k发生变化，其表达式表示如下：
[0011]
(1)
[001 ^ 式中Icore为纤忍中的光强，Iclad为包层中的光强。对公式（1 )求导可知，当Icore和 Iclad中的能量相等，即Icnre与Iclad的比值为1时，测量装置输出条纹可见度最强。
[0013] 本实用新型的有益效果是:仅仅通过普通单模光纤形成的S型光纤上刻写长周期 光栅即可形成强度解调型微位移测量装置，不在依赖于传统的光谱仪，仅仅利用光功率计 即可实现微位移的测量。此外，所述的测量装置有较高的灵敏度，在0-50WI1范围内，灵敏度 高达0.172地Aim。该方法能够广泛应用在其他类似参数测量中。
【附图说明】
[0014] 图1是一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置的结构示意图；
[0015] 图2为被测微位移与谐振峰强度的关系示意图。
【具体实施方式】
[0016] W下结合附图对本实用新型进一步描述：
[0017] 参见图1所示，一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置，包括 宽带光源（1)、入射单模光纤(2)、S型光纤(3)、长周期光栅(4)、出射单模光纤巧）、光功率计 (6);宽带光源（1)的输出端与入射单模光纤(2)的一端相连，入射单模光纤(2)的另一端与 长周期光栅(4)的一端相连，长周期光栅(4)的另一端与出射单模光纤巧）的一端相连，出射 单模光纤(5)的另一端与光功率计(6)相连，S型光纤(3)位于长周期光栅(4)中间。
[0018] 上述的一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置，其宽带光源 (1)的工作波长为1520nm-157化m;所述的S型光纤(3)位于长周期光栅(4)的中间，其长度分 别为35.47祉m与686μπι;所述的长周期光栅(4)的周期和长度分别为600皿与24mm。
[0019] -种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置，其工作方式为：宽带 光源1的中屯、波长为1550纳米，其发出的光通过入射单模光纤2后进入长周期光栅4时，一部 分光进入长周期光栅4与S型光纤3的包层，另一部分光保持在纤忍中传输，当纤忍和包层中 的光传输到出射单模5时，两束光相遇产生特定波长的谐振峰。当外界微位移发生变化时，S 型光纤的弯曲度随着微位移的增大而减小，从而导致谐振峰强度发生变化，长周期光栅的 周期变化远小于S型光纤的弯曲度变化，可W忽略。图2为被测微位移与谐振峰强度的关系 示意图，微位移测量范围为0-50μπι时，测量灵敏度高达0.172地Aim。
【主权项】
1. 一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置，包括宽带光源（1)、入 射单模光纤(2)、S型光纤(3)、长周期光栅(4)、出射单模光纤(5)光功率计(6);宽带光源（1) 的输出端与入射单模光纤(2)的一端相连，入射单模光纤(2)的另一端与长周期光栅(4)的 一端相连，长周期光栅(4)的另一端与出射单模光纤(5)的一端相连，出射单模光纤(5)的另 一端与光功率计(6)相连，S型光纤(3)位于长周期光栅(4)中间。2. 根据权利要求1所述的一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置， 其特征是宽谱光源（1)的工作波长为1520nm-1570nm〇3. 根据权利要求1所述的一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置， 其特征是S型光纤(3)位于长周期光栅(4)的中间，其中S型光纤(3)的错位宽度和长度分别 为 35·478μπι 和686μπι。4. 根据权利要求1所述的一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置， 其特征是长周期光栅(4)刻在S型光纤(3)上，其周期和长度分别为600μπι和24_。
【文档编号】G01B11/02GK205448974SQ201521096356
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月23日
【发明人】周晓影, 康娟, 王小蕾, 桑涛, 李晨霞, 赵春柳
【申请人】中国计量学院