超短光纤光栅刻写及其切趾方法研究

李 江,辛璟焘,吴 昊,祝连庆

(1.北京信息科技大学 光电测试技术及仪器教育部重点实验室,北京 100192； 2.北京信息科技大学 光纤传感与系统北京实验室,北京 100016)

1 引 言

与传统的电传感器相比,FBG传感器具有许多独特的优势[1-4],不受电磁干扰、抗辐照、体积小、质量轻和准分布式测量[5-7]，在航空航天和安全监测等诸多领域具有重要的应用前景。

FBG的光谱特性对于其传感应用非常重要,采用光谱重构方法进行传感解调时,高反射率和较窄的光谱为解调精度提供了便利。为了确保窄光谱宽度和高反射率,FBG的长度应达到厘米的数量级。但是,光栅长度过长容易使FBG传感器在封装时产生啁啾[8-10],引起反射光谱的展宽和分裂[11],从而影响了解调精度。同时,超短光纤光栅还可提高非均匀场测量的空间分辨率[12]。在航空航天、工业生产、精密感知等领域,需要有很多毫米级小尺寸部位的结构健康监测,以及光栅内埋的复合材料损伤识别的需求要对测点位置进行精确定位。对比于常规光纤光栅,超短光纤光栅的反射率低、反射谱宽,旁瓣显著,光谱覆盖数十纳米,不利于传感复用和解调,因此需要对超短光纤光栅进行切趾[13-14]。

2013年,武洪波等人采用二次曝光法进行2 mm光栅的切趾,实现了边模抑制比大于20 dB的光纤光栅制作[15]。2017年,敬世美等采用飞秒激光制作了超短光纤光栅,并完成过了温度和应变传感特性测试[16]。2018年以来,本课题组研究了毫米量级的超短光纤光栅制作,并将其用于高空间分辨率温度场的监测[17-18]。……