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错位熔接型长周期光纤光栅的制备及传感特性研究

摘要

光纤传感器以其独特的优势，如灵敏度高、几何形状适应性强、实时性和远距离监

测等，成为传感技术领域的重要工具。在此背景下，本研究通过将传统光纤的纤芯进行

偏芯拼接，制备完成了两种具有不同传感功能的长周期光纤光栅传感器，分别为折射率

传感器和矢量弯曲传感器。通过精心设计和优化光栅结构，实现更高灵敏度和更广泛应

用的光纤传感器制备。

针对光纤几何结构的改变，提出利用错位熔接的方法制备长周期光纤光栅传感器。

采用纤芯错轴熔接方法制备的长周期光纤光栅传感器打破了常规的激光器蚀刻或氢氧

焰熔融拉锥手段，降低了光纤的插入损耗，大大的提高了光纤的传输效率。该方法主要

分为两个步骤，第一步是光纤的精密切割，通过光纤精密切割系统精准获得需要的微米

级别长度的光纤，同时确保所需的光栅结构尺寸和质量。其次是光纤熔接步骤，通过错

位熔接技术，实现同种或不同种类的光纤的巧妙结合，形成稳定性高、机械性能优越的

传感器结构。

基于错位熔接法，制备了两种不同传感类型的光纤传感器：

（1）第一种是错位熔接高灵敏度折射率传感器（Off-axisCouplinglong-periodfiber

grating,OC-LPFG），该结构由无芯光纤（No-corefiber,NCF）和单模光纤（Single-mode

fiber,SMF）通过周期性的纤芯偏移制备而成。通过实验对传感器的折射率传感特性进行

了测试，在折射率范围为1.33RIU-1.40RIU内，传感器的最高折射率灵敏度为-4383.957

nm/RIU。同时，还利用仿真软件对其折射率传感特性和光谱特性进行了仿真，仿真结果

与实验结果吻合较好。

（2）其次利用该方法制备出另外一种用于矢量弯曲测量的光纤传感器（Omega-

shapedlong-periodfibergrating,OS-LPFG）。该传感器采用SMF和多模光纤（Multi-mode

fiber,MMF）周期性拼接成不对称形状，达到提高灵敏度的目的。所提出的OS-LPFG具

-1-1

有弯曲方向判别功能，在0m-1.5m范围内，沿着X、Y、-X方向弯曲灵敏度分别为

-1-1-1

12.03nm/m、-69.95nm/m和-19.84nm/m。同时，在20℃-110℃的温度范围内，传

感器的温度串扰很小，为0.0011m-1/℃。

关键词：长周期光纤光栅传感器；错位熔接；光纤精密切割；折射率测量；弯曲测量

错位熔接型长周期光纤光栅的制备及传感特性研究

Abstract

Fiberopticsensors,distinguishedbytheiruniqueadvantagessuchashighsensitivity,

stronggeometricshapeadaptability,real-timecapability,andlong-distancemonitoring,have

emergedascrucialtoolsinthefieldofsensingtechnology.Againstthisbackground,twokinds

oflong-periodfibergratings(LPFGs)sensorswithdifferentsensingfunctions,namely

refractiveindexsensorandvectorbendingsensor,arepreparedbysplicingthecoreof

traditionalfiber.Throughdesignandoptimizationofsensorstructure,fiberopticsensorwith

highersensiti