1 吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子国家重点实验室，吉林 长春 130012
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室，吉林 长春 130033
温度和压力是石油开采过程中重要的参数，但油气井下高温高压环境苛刻，传统电子传感器很难实现长期稳定的工作。本文提出了一种基于碳纤维管增敏型的光纤光栅温度压力传感器。该传感器是以碳纤维丝编织成的中空管状结构作为骨架，通过耐高温环氧树脂固化成复合碳纤维管作为弹性体，并将表面嵌入耐高温光纤布拉格光栅作为感知元件，实现了井下温度和压力的同时测量。实验结果表明，该传感器可以在0~150 ℃和0~80 MPa环境下稳定工作，压力灵敏度最大可达到−50.02 pm/MPa，同时表现出很好的线性响应。通过外加参考光栅作为温度补偿光栅，解决了温度和压力同时测量过程中的交叉敏感问题，满足了井下开采过程中的精度要求，为油气井下高温高压光纤传感器的设计提供了实验依据。
油气井 碳纤维管 光纤布拉格光栅 压力传感器 oil and gas well carbon fiber tube fiber bragg grating pressure sensor
吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点实验室, 长春 130012
随着新型微加工工艺的发展，传统的锥型光纤发展派生出数千种不同的微结构光纤.其中，S型光纤锥由于其体积小、质量轻、抗电磁干扰以及可以直接嵌入结构化系统的灵活性得到了迅猛地发展.随着对S型光纤锥研究的深入，基于S锥的各种结构和功能的光纤传感器不断地被提出，用于测量温度、应变、折射率、湿度和磁场等，不仅丰富了光纤传感器的种类，更加深了人们对传感机理的认识.本文全面回顾了S型光纤锥的研究进展，包括传感原理、制备方法、各种传感结构组合以及传感应用等，并对其发展进行了展望.
光纤 光纤传感 微结构光纤 马赫-曾德干涉仪 S型光纤锥 Optical ber Optical fiber sensing Micro-structured optical fiber Mach-Zehnder interference S fiber taper 光子学报
2019, 48(11): 1148009
吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子国家重点实验室, 长春 130012
为了实现低成本的温度和应变同时测量, 利用光纤熔接机的熔融放电原理制备了基于全单模光纤(SMF)的花生和J型结构级联的马赫-曾德尔干涉仪(CPJS-MZI)。首先利用光纤熔接机的球形程序将两段单模光纤的端面熔成球形, 再将小球熔接到一起形成花生型结构; 然后在距离花生结构15mm处, 将两根单模光纤端面错位一定距离, 对其进行熔接形成J型结构; 最后对所制备的器件进行温度和应变传感性能的测试。实验发现, CPJS-MZI单个干涉峰强度和波长对应的温度灵敏度分别为-0.0125dB/℃和52.9pm/℃, 应变灵敏度分别为0.0152dB/με和-11.44pm/με。结果表明, 基于SMF的CPJS-MZI可利用单峰实现温度和应变的同时测量, 且具有尺寸小、制备容易、成本低等优点, 在同时测量温度和应变传感领域具有潜在应用价值。
光纤马赫-曾德尔干涉仪 花生结构 J型结构 温度和应变同时测量 fiber Mach-Zehnder interferometer peanut structure J-shape structure simultaneous measurement of temperature and strain
1 吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子国家重点实验室，吉林 长春 130012
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室，吉林 长春 130033
为了提高光纤光栅传感器的测量精度及可靠性，实现点式测量，拓宽光纤布拉格光栅(FBG)的应用，本文提出了基于飞秒激光直写扫线技术制备超短FBG。首先，在单模光纤上制备了周期为5.35 μm、长度为53.5 μm的超短FBG，其温度和应力的灵敏度分别为0.011 nm/℃和1.509 nm/N; 然后，用体积分数为4%的氢氟酸对制备超短FBG进行选择性腐蚀，制备出了微通道超短FBG，并研究了它对NaCl溶液的传感特性，其折射率灵敏度为69.11 nm/RIU。结果表明，这种微通道超短FBG具有高重复性、高可靠性、可多参数测量等优点。
飞秒激光刻写 超短光纤布拉格光栅 温度 应力 折射率 femtosecond laser writing ultrashort fiber Bragg grating temperature stress refractive index
1 吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室， 吉林 长春 130012
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室， 吉林 长春 130033
应用飞秒激光直写技术刻写了熊猫型双折射光纤布拉格光栅(PF-FBG)。飞秒激光直写技术是将激光焦点聚集到光纤纤芯位置，曝光过程中匀速移动光纤，最终得到周期性的折射率调制区域。PF-FBG具有双折射特性，在波长为1550 nm附近可以得到具有双峰的反射谱结构，因此可用于多传感参数的监控。研究了PF-FBG的温度和轴向应力的传感特性。PF-FBG兼具飞秒激光诱导光栅结构的高温稳定性，在苛刻环境下化学、物理传感方面具有潜在的应用价值。
激光光学 飞秒激光加工 光纤布拉格光栅 传感器 双折射光纤 灵敏度 激光与光电子学进展
2017, 54(6): 061406
1 吉林大学机械科学与工程学院, 吉林 长春 130025
2 吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点联合实验室, 吉林 长春 130012
近年来, 微光学元件的制备与应用受到人们的广泛关注。微光学元件体积小、重量轻及制造成本低, 并且易于与微机电系统相集成, 能够实现普通光学元件难以实现的功能, 在光纤通信、信息处理、航空航天、生物医学、激光技术、光计算等领域, 突显出重要的应用价值。飞秒激光因其超短的脉冲宽度和超高的瞬时功率, 能够实现超高精度的微纳加工, 轻松突破衍射极限。飞秒激光加工技术对材料没有选择性, 加工过程也非常灵活, 可以进行任意复杂结构的加工, 丰富了微光学元件的制备种类。飞秒激光还能在现有结构或系统上进行集成加工, 极大扩展了微光学元件的应用。简要概述了微光学元件的优点及一些常用的制备方法, 同时对飞秒激光加工技术进行了简单概括, 对近年来飞秒激光制备各种微光学元件的实验和应用研究进行了综述, 最后对微光学元件未来的研究方向进行了预测和展望。
激光制造 微光学元件 飞秒激光 微纳加工 集成光学
1 吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子国家重点实验室, 吉林 长春 130012
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
为了提高光纤传感器的性能和进一步缩小传感器的尺寸, 通过实验制备出一种基于光纤布拉格光栅(FBG)与长周期光栅(LPG)并联的新型集成光学传感器。该传感器中的FBG和LPG是利用飞秒激光直写技术直接在普通单模光纤中刻写的。FBG和LPG是并联关系, 因此很大程度地缩小了传感器的长度。外界的温度和折射率的变化会引起FBG和LPG的谐振峰波长位置发生变化, 据此对该集成传感器进行温度和折射率测量。实验结果表明: FBG谐振峰对折射率和温度的灵敏度分别为0 nm/RIU和1298 pm/℃, 而LPG在1 555 nm附近谐振峰对折射率和温度的灵敏度为19646 nm/RIU和1093 pm/℃。因此, 根据双参数传感矩阵, 该传感器可以对温度和外界折射率进行同时传感。
集成光学传感器 光学布拉格光栅(FBG) 长周期光栅(LPG) 飞秒激光 integrated optical sensor fiber Bragg grating(FBG) long-period grating(LPG) femtosecond laser
1 中国石油集团渤海钻探工程有限公司博士后科研工作站，天津 300457
2 吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点联合实验室, 吉林 长春 130012
3 中国石油集团渤海钻探工程有限公司, 天津 300457
设计了一种在单模光纤末端涂覆聚二甲基硅氧烷(PDMS)形成聚合物微腔的探针型光纤法布里-珀罗干涉仪传感器（PFFPI），并对其折射率(RI)和温度传感特性进行了研究。其折射率和温度测量分别是基于消光比变化和波长漂移进行的，同时着重对这个器件的与众不同的折射率传感特性进行了理论分析，该理论分析可用于传感器的设计。传感器同时具有比较高的折射率灵敏度和温度灵敏度，在折射率为1.3625～1.4206 的范围内折射率灵敏度为-180.359 dB/RIU(RIU 表示折射率单元)，在温度为25 ℃~60 ℃的范围内温度灵敏度为355.28 pm/℃。该传感器具有体积小巧和生物兼容性良好等优点，与传统光纤传感器相比其更具优势的应用就是生化活动的检测，如组织培养等。
传感器 光纤传感器 光纤法布里-珀罗干涉仪 聚合物微腔 聚二甲基硅氧烷 探针型 高灵敏度 激光与光电子学进展
2014, 51(5): 050606
