何俊 1,2徐锡镇 1,2贺佳 1,2吴嘉烽 1,2[ ... ]王义平 1,2,*
作者单位
摘要
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
陈梓泳 1,2何俊 1,2,*徐锡镇 1,2贺佳 1,2[ ... ]王义平 1,2
作者单位
摘要
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/广东省重点实验室, 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深圳市物联网光子器件与传感系统重点实验室, 广东 深圳 518060

高温传感器在航空航天、核能电力、冶金工业等领域有着重要的研究与应用价值。为了实现光纤布拉格光栅(FBG)在高温传感领域的应用,研究了FBG阵列的制备技术、退火工艺和温度-波长拟合方法。首先,利用飞秒激光逐点法制备波分复用FBG阵列,并采用优化的工艺参数(飞秒激光脉冲能量、光纤移动速度、FBG长度)制备了1510~1580 nm范围内9个不同波长的FBG阵列。然后,研究了退火温度和退火时间对FBG中心波长的影响,通过高温长时间退火(700 ℃、195 h)处理提高了FBG的波长稳定性,在700 ℃下FBG的波长漂移率小于-2 pm/h。最后,研究了不同中心波长FBG的高温响应特性,获得了不同中心波长FBG的通用温度-波长拟合函数。实验结果表明,在700 ℃高温下FBG阵列传感器的测温精度优于±1.8 ℃,该传感器有望应用于航空发动机、高速飞行器、核反应堆堆芯等极端环境中的高温测量。

光纤光学 光纤传感器 光纤布拉格光栅 高温传感器 飞秒激光 
光学学报
2021, 41(13): 1306002

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