1 深圳大学 物理与光电工程学院 光电子器件与系统教育部重点实验室，广东 深圳 518060
2 深圳大学 广东省光纤传感技术粤港联合研究中心，广东 深圳 518060
在高速飞行器、航空发动机、核反应堆等**安全和国民经济的重要领域，需要实现1800 ℃以上的高温原位测量。常规石英光纤传感器受限于材料特性，无法在1000 ℃以上高温环境中长期稳定使用。单晶蓝宝石光纤具有极高的熔点（2053 ℃）和较低的传输损耗，是一种良好的高温传感材料。在单晶蓝宝石光纤内部刻写布拉格光栅，可以研制出蓝宝石光纤光栅传感器，具有耐温性能好、测量精度高、便于多点测量等优点，是当前最具发展前景的新型高温传感器件。首先介绍了蓝宝石光纤光栅高温传感器的工作原理和理论模型，接着介绍了利用飞秒激光制备蓝宝石光纤光栅的三种主流技术，包括相位掩模板扫描法、双光束干涉法、直写法，并从制备效率、光谱质量等方面比较了三种技术的优劣，指出飞秒激光直写法是制备蓝宝石光纤光栅高温传感器的最佳手段；然后介绍了蓝宝石光纤光栅的光谱优化方法，包括如何减小光栅光谱带宽和如何降低光谱噪声；进一步介绍了蓝宝石光纤光栅的高温传感特性、封装工艺及高温温度、应变传感应用；最后展望了蓝宝石光纤光栅传感器的未来发展趋势。蓝宝石光纤光栅高温传感器的快速发展和大规模推广应用，必将有助于解决当前我国航空航天、核电等领域重大装备结构健康监测的卡脖子难题。
高温传感器 蓝宝石光纤光栅 飞秒激光微加工 high-temperature sensor sapphire fiber Bragg grating femtosecond laser micromachining 红外与激光工程
2022, 51(10): 20220700
1 北京理工大学 光电学院 信息光子技术工业和信息化部重点实验室, 北京 100081
2 包头师范学院 物理科学与技术学院, 内蒙古 包头 014030
蓝宝石为晶体材料, 其熔点为2045℃, 具有高强度、高耐热性、高抗腐蚀性等良好的高温物理化学性能。单晶蓝宝石光纤可以在高于1000℃的超高温下传输光信号, 基于其制作的蓝宝石光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot, F-P)传感器耐超高温、本征安全, 适用于危险、恶劣的环境中, 近年来, 得到广泛研究, 已研制出用于超高温环境的蓝宝石光纤温度、压力、振动传感器。文章综述了蓝宝石光纤F-P传感器的研究进展, 介绍了课题组在蓝宝石光纤传感技术方面的研究成果, 最后对传感器的研制提出了改进建议。
蓝宝石光纤 光纤传感器 法布里-珀罗腔 超高温 sapphire fiber optical fiber sensor Fabry-Perot cavity ultra-high temperature
上海大学 特种光纤与光接入网省部共建国家重点实验室培育基地, 上海 200444
单晶蓝宝石光纤具有热稳定性好、机械性能强、化学性能稳定等优点，在高温、高压等恶劣环境中的应用受到广泛关注. 介绍了单晶蓝宝石光纤的制备方法、基本特性及高温传输特性. 重点讨论了目前基于单晶蓝宝石光纤制备的高温传感器件，包括法布里-珀罗干涉仪、布拉格光栅、以及迈克尔逊干涉仪，并分析了这些传感器的制备方法和工作原理. 最后针对单晶蓝宝石光纤与传统单模光纤难兼容的问题，介绍了蓝宝石衍生光纤的制备及其传感器的最新进展，并展望了未来蓝宝石光纤的发展方向.
蓝宝石光纤 光纤传感器 布拉格光栅 法布里-珀罗干涉仪 迈克尔逊干涉仪 蓝宝石衍生光纤 Sapphire fiber Fiber sensor Fiber Bragg grating Fabry-Perot interferometer Michelson interferometer Sapphire-derived fiber 光子学报
2019, 48(11): 1148004
1 长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
2 长春新产业光电技术有限公司, 吉林 长春130103
超连续谱激光是超快激光光源出现后的新方向, 是多种非线性光学效应的集中体现, 可应用于光谱探测、显微测量和化学传感等领域。利用可调谐飞秒激光器的不同波长输出抽运蓝宝石光纤, 获取光纤两端面输出的超连续谱。根据这些连续谱特征, 建立了一套以光纤前端面和半导体可饱和吸收镜(SESAM)反射面构成的较强谐振腔结构的超连续谱激光系统, 输出了中心波长为640 nm, 半峰全宽大于250 nm的超连续谱激光。结果表明, SESAM谐振腔结构能够减弱噪声并输出时谱一致的宽光谱激光。
激光器 超连续谱 半导体可饱和吸收镜 蓝宝石光纤
1 武汉理工大学 光纤传感技术国家工程实验室, 武汉 430070
2 武汉理工大学 光纤传感技术与信息处理教育部重点实验室, 武汉 430070
提出并研制了一种基于蓝宝石晶片的光纤法布里-珀罗(法珀)高温传感器.该传感器采用斜端面蓝宝石光纤作传输波导, 蓝宝石晶片作法珀干涉仪, “陶瓷插芯-陶瓷套管”结构做为传感器的固定结构.通过傅里叶变换-最小均方差联合算法解调传感器的反射光谱, 实现了20℃～1 000℃范围内的温度测量, 测试准确度为±2.5℃.该传感器具有体积小、成本低、制作简单以及重复性高的优点, 可用于高温环境下稳定、精确的温度测量.
光纤法珀传感器 蓝宝石晶片 高温测量 蓝宝石光纤 算法 Fiber-optic Fabry-Perot sensor Sapphire wafer High temperature measurement Sapphire fiber Algorithm 光子学报
2016, 45(12): 1228003
对飞秒激光作用蓝宝石光纤产生超连续谱进行了实验研究。选用脉冲宽度为50 fs的飞秒激光器作为泵浦光, 9 cm蓝宝石光纤为非线性介质; 当激光器中心波长分别为1 200 nm、1 300 nm、1 400 nm 、1 500 nm时,在蓝宝石光纤输出端均可获得红外和可见波段的超连续光源; 为了寻求可见波段更好的超连续光源输出, 在实验装置中加入半导体可饱和吸收体(SESAM), 利用光纤端面和SASEM构成谐振腔, 通过SESAM的反馈实现多次作用光纤。结果表明, 在可见波段内能够获得460~780 nm平坦稳定的超连续光源输出。
蓝宝石光纤 超连续光源 sapphire fiber super continuous light source semiconductor saturable absorber mirror (SESAM) SESAM
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
综合分析了不同基质掺Yb3+光纤的材料特性，在改进的极限输出功率理论模型的基础上，对Yb3+掺杂的硅光纤、磷酸盐光纤、YAG晶体(或陶瓷)光纤以及蓝宝石光纤的单频极限输出功率特性进行了详细分析。计算结果表明，YAG晶体(或陶瓷)光纤和蓝宝石光纤单频极限输出功率可以达到10 kW以上。分析了单模情况下的极限输出功率，结果表明YAG晶体(或陶瓷)光纤和蓝宝石光纤在单模情况下也有较大优势，目前的单频激光功率还有很大的提升空间。对于单频激光光纤材料而言，降低受激布里渊散射(SBS)增益系数、提高导热性能是提高极限输出功率的有效途径。
激光器 单频光纤激光 极限输出功率 硅光纤 磷酸盐光纤 YAG光纤 蓝宝石光纤
Author Affiliations
Abstract
Department of Electrical Engineering, The Hong Kong Polytechnic University, Hung Hom, Kowloon, Hong Kong, China
This paper reviews high temperature sensing applications based on fiber Bragg gratings fabricated by use of femtosecond laser. Type II fiber Bragg gratings fabricated in the silica fiber can sustain up to 1200 ℃ while that fabricated in the sapphire fiber have the good thermal stability up to 1745 ℃.
Fiber Bragg grating femtosecond laser high temperature sensing silica fiber sapphire fiber microstructured fiber Photonic Sensors
2013, 3(2): 97
武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室, 湖北 武汉 430070
应用于煤气化炉的蓝宝石光纤宽谱温度监测系统解决了蓝宝石光纤测温技术无法同时监测高温和低温状态的问题。在煤气化炉点火和烘炉的低温段，将微弱的热辐射信号放大，采用插值法得到低温值；在高温段，采用比色测温法进行精确的温度监测。系统利用蓝宝石单晶光纤和耐高温耐冲刷合金管作为蓝宝石光纤的护套，以适应煤气炉内的高温和冲刷的恶劣环境，并采用光纤高压隔离器件，将蓝宝石光纤导出压力为5 MPa的炉外。经标定和温度实测，系统的测量范围为200 ℃～1600 ℃，可分辨温度达1 ℃，高温段温度测量精度达0.5%。
光纤光学 蓝宝石光纤 高温 比色测温法 煤气化炉 光学学报
2013, 33(s1): s106006
中北大学电子测试技术重点实验室, 山西 太原 030051
介绍了一种将接触式和非接触式相结合的蓝宝石光纤黑体腔瞬态高温高温传感器, 从黑体腔制作和微光信号探测方面进行了详细分析, 最后给出了实验结果.实验结果表明, 由于采用新型光电探测器和膜层材料, 大大提高了传感器的测温范围和信噪比.该高温传感器的测试范围上限大于2000℃, 响应时间小于100ms, 能够满足科研和工业生产中特殊环境下的温度测量.
蓝宝石光纤 瞬态高温测量 黑体腔 光纤传感器 sapphire fiber transient temperature measurement black-body cavity optical fiber sensor
