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单模蓝宝石光纤实现更精确的传感 | OE NEWS

光电汇OESHOW

2022-05-06

导读：可实现更准确的测量

由于光纤布拉格光栅坚固的特性，在监测极端环境的温度和应变中，由其制成的传感器具有广泛的应用。最常见的光纤布拉格光栅传感器采用石英光纤制备，这意味着由于波长漂移，它的工作温度可耐受到1000 °C 。

蓝宝石光纤

现在，英国牛津大学的研究人员创造了一种由蓝宝石光纤制成的新型光纤布拉格光栅，这种材料应能承受超过2000°C 的温度，由此制备的传感器可能允许在飞机发动机、核反应堆和航天器等超恶劣环境中进行更准确的测量。

围绕纤芯的环

光纤布拉格光栅由一小段光纤组成，其在沿长度方向具有周期性变化的折射率。其可以反射特定的光波波长。一旦布拉格光栅遭受应力或温度变化影响，光栅栅距就会发生变化，反射波的光波波长也会随之改变，并且反射不同的波长，这样布拉格波长变化就可以被测量了。布拉格光栅的波长变化量与应变量和温度变化量同时相关。

蓝宝石光纤布拉格光栅已经存在了近20年，但它们存在一个基本缺陷，阻碍了商业传感应用的广泛采用。所有蓝宝石光纤本质上都是多模的，每种模式具有不同的有效折射率。因此，该结构将在相对较宽的带宽上反射许多波长，从而使其无法充当精确的传感器。

为了克服这个问题，研究人员决定通过在其中写入单模波导，将现有的多模蓝宝石光纤转变为单模光纤。他们使用飞秒激光在1厘米长的蓝宝石光纤的中心纤芯区域周围刻上环，从而降低折射率并有效地形成“凹陷包层”波导。

研究人员通过测量波导模式分布和布拉格反射光谱，测试结论与理论一致，他们还将样品加热到1000 °C，确认了光栅结构的稳定性。

具有针对性的应用场景

接下来，研究人员将对更长的光纤进行高温测试，并与工业界和政府的合作者一起探索实际传感应用的机会。例如，他们计划与劳斯莱斯合作开发飞机发动机测试台，以实现更高效、更准确的多点温度测量。研究人员还将向英国原子能局 (UKAEA) 提供设备，供其在挑战性环境中的远程应用 (RACE) 部门进行评估。

蓝宝石光纤将在聚变能源发电厂的极端环境中具有许多不同的潜在应用，其有可能显着提高该领域未来传感器和机器人维护系统的能力，帮助 UKAEA 完成向电网提供安全、可持续、低碳聚变电力的使命。”

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