第32卷第9期 2012年9月
谱学与光谱分析光
Spectroscopy and Spectral Analysis
基于长周期光纤光栅和保偏光纤Sagnac环
光谱特性的温度与应变测量研究
邵敏1，乔学光2，兆雪3，傅海威3，贾振安3，冯德全3
1.西北工业大学理学院，陕西省光信息技术重点实验室，陕西西安710072 2.西北大学物理系，陕西西安710069
Vol.32,No.9,pp2318-2321 September, 2012
3.西安石油大学理学院光电油气测井与检测教育部重点实验室，陕西西安
710065
摘要提出并研制了一种结构简单、成本低廉的温度与应变同时测量系统，其结构是在保偏光纤Sagnac 环内接入一个长周期光纤光栅(LPFG)。利用LPFG对保偏光纤Sagnac环的透射光谱进行调制，通过监测谐振峰波长和强度的变化，发现波长随温度和保偏光纤的应变变化，强度随LPFG的应变变化，因此可以实现温度与应变的区分测量，并且可判断出应变的施加位置。实验得到该系统的温度灵敏度为0.18181nm，℃=1，LPFG区的应变灵敏度为0.005283dB·e=1，保偏光纤Sagnae环区的应变灵敏度为0.01572nm
“e-1，实验结果表明该方案可行，并具有一-定的实用性。关键词长周期光纤光栅；Sagnac环；温度传感；应变传感
中图分类号：TN253
引言
文献标识码：A
DOl:10.3964/j.issn.10000593(2012)09-2318-04
法，仅测量了系统透射波长随温度和应变的改变量，未考虑强度的影响。Kang等[io)在组成Sagnac环的保偏光纤上利用 CO，激光器制作了长周期光纤光栅（PM-LPFG)，实现了温
长周期光纤光概（longperiodfibergrating，LPFG)是种纤芯折射率的周期为60um~1mm的光纤光栅。LPFG是透射型光纤光栅，具有宽透射光谱带宽、无后向反射等优点。LPFG的谐振波长和幅值对外界环境的变化非常敏感，目前主要用于弯曲、浓度、折射率、应变与温度的测量(1-4)。但由于LPFG对温度敏感使得其在传感领域的应用受到一定的限制，因此基于LPFG的传感器在实际应用中必须消除外界温度的交文灵敏影明，在设计中需考能否实现温度与其他参量的同时区分测量。为了解决这一实际问题，一般采用光纤布拉格光栅(FBG)和LPFG组合法[S)、分别在掺储和掺翻光纤上写人LPFG法门、空芯光子晶体光纤上写人LPFG 法刀和利用长周期光纤光栅不同损耗峰法等。这些方法多是利用FBG和LPFG或者LPFG对温度和其他参量如应变或折射率的灵敏度不同来消除温度的影响，但对写栅设备和技术要求较高。研究者们进而寻求其他解决途径，饶云江等将微F-P腔与LPFG结合起来，可以实现温度与应变的同时测量，温度灵敏度为0.1142nm·K-1，但微F-P腔的制作方法较为复杂，而且成本较高。苗飞设计了一种基于 LPFG和高双折射光纤(HBF)环镜同时测量温度和应变的方
收稿日期：2012-02-22，修订日期：2012-05-20
度和折射率的双参数传感酬量，但受限于长周期光纤光概的写制技术。
保偏光纤Sagnac环具有结构简单、灵敏度高、调节灵活等特点，多用在角速度传感、电/磁场传感器、定位技术和分布式传感领域[1-13]，本工作在由保偏光纤组成的Sagnac环中接人一根普通商用长周期光纤光栅，有效结合了LPFG和保偏光纤Sagnac环两者的传感测量优势，利用长周期光纤光栅的透射谱对Sganac环的光谱进行调制，使得系统的透射波长的峰值和能量对温度和应变具有不同的响应灵度，从而实现双参量同时区分测量。
传感原理
基于长周期光纤光栅和保偏Sagnac环的温度与应变双参量测量系统的光路图如图1所示。宽带光源（ASE)发出的光经3dB耦合器分成两束光，两束光分别通过长周期光纤光棚和保偏光纤后，在3dB耦合器处相遇并发生干涉。光谱仪(OSA)接在耦合器的另一端监测系统输出透射光谱的变化。
基金项目：国家自然科学基金项目（61077060)，教育部科技创新工程重大项目(Z08119)和陕西省重大科技创新项目(2009ZKC01-19)资助
作者简介：邵敏，女，1979年生，西安石油大学理学院讲师万方数据
e-mail; shaomin@xsyu. edu, cn; benben811@163, corm