一种波分时分复用低反射率高温光纤光栅阵列的制备方法
技术领域
本发明涉及光纤光栅传感阵列领域，更具体地说，涉及一种波分时分复用低反射率高温光纤光栅阵列的制备方法。
背景技术
随着光纤传感技术的发展及其传感能力的飞速提升，光纤传感网络正在向大容量和多参量测量方向发展。在光纤传感技术中，光纤光栅传感技术是其非常重要的一种传感技术。它除了包括光纤传感技术的所有优点以外，还有其特有的一些优势：可以在单根光纤中写入很多光栅，组成传感阵列，实现分布式传感等，广泛用于各类设备及环境监测。但在许多极端条件下，如飞机发动机温度监测中，普通光纤传感器难以在在高温环境下保持稳定工作，传感器如果不能及时发现问题，将会给人们生命安全带来极大威胁。
专利申请号为201710188727.0的中国发明专利公开了“一种光纤，其制备方法及其光纤光栅阵列”，其利用紫外激光透过紫外光透明涂层材料，直接在石英玻璃光纤芯部刻写光栅。但该技术方案中紫外激光制备的光纤光栅热稳定性差，高温条件下易被擦除，需要繁琐的光纤载氢预处理，因此难以满足极端高温环境中的应用需求。吕京生等人提出一种基于动态相位掩模板法的啁啾光纤光栅的制作方法(激光与光电子学进展，2017，54(02)：020603)，其在对光纤的扫描曝光过程中，相位掩模板沿长度方向周期性抖动，抖动幅度随光栅扫描长度的变化而变化，使FBG的相位随着掩模板位置的变化而变化，实现了FBG周期的线性调制。但该方法易受到震动影响，对栅装置的机械稳定性和诱导光源稳定性要求较高，得到光栅耐高温性差。
目前，制备波分时分复用光纤光栅阵列的方法，存在工序复杂，生产效率低，得到的光栅耐高温性差，反射率不理想等问题，亟待解决。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种波分时分复用低反射率高温光纤光栅阵列的制备方法，该方法与现有技术相比，加工工序更简单，加工速度更快，制备的光纤光栅阵列具有更好的高温稳定性和低反射率，适合航空航天、机载过热、石油化工和电力工业等极端环境。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
设计一种波分时分复用低反射率高温光纤光栅阵列的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤1)，飞秒激光刻写装置在同一根聚酰亚胺光纤上连续刻写多个不同波长的光纤布拉格光栅，形成聚酰亚胺光纤光栅阵列；
步骤2)，将步骤1)得到的聚酰亚胺光纤光栅阵列从刚性导热管的开口处置入其内腔，然后采用橡胶限位管将聚酰亚胺光纤光栅阵列固定，最后在刚性导热管的开口处注入耐高温无机胶进行固定，制得波分时分复用低反射率高温光纤光栅阵列。
在上述方案中，所述步骤1)中，所述聚酰亚胺光纤是由在直径80-660μm的裸光纤外涂覆单边厚度为10-25μm的聚酰亚胺涂层制得。
在上述方案中，所述步骤1)中，所述聚酰亚胺光纤光栅阵列的中心波长为1520-1558nm，相邻光栅的波长间隔为2nm。
在上述方案中，所述步骤1)中，相邻光栅的间距为5cm，光栅的长度为5-10mm，光栅的3db带宽为0.2-0.3nm。
在上述方案中，所述步骤1)中，所述聚酰亚胺光纤光栅阵列的反射率为1％～10％。
在上述方案中，所述步骤1)中，所述飞秒激光刻写装置采用飞秒激光刻写线扫描技术，刻写时聚酰亚胺光纤由位移平台带动，按照光栅轨迹高速运动。
在上述方案中，所述步骤2)中，所述刚性导热管为有机聚合物管，其侧面具有与内腔连通的开口，聚酰亚胺光纤光栅阵列从刚性导热管的开口处置入其内腔。
(三)有益效果
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明采用飞秒激光刻写线扫描技术，使用聚酰亚胺涂层的光纤进行加工，加工过程效率高，良品率高，不需要更换掩膜版，无需对光纤进行载氢处理，也无需剥除光纤涂覆层，与传统紫外激光刻写法相比其具有极佳的加工灵活性，制备得到低反射率、低偏振相关、低插损和耐高温性好的光纤光栅，可以在300-1000℃高温条件下稳定工作，适合航空航天、机载过热、石油化工和电力工业等极端环境。
附图说明
图1是本发明制备的光纤光栅阵列的整体示意图；
图2是本发明提供的光纤光栅阵列的封装结构示意图。
图中：聚酰亚胺光纤光栅阵列1、刚性导热管2和橡胶限位管3。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本发明提供一种波分时分复用低反射率高温光纤光栅阵列的制备方法。该方法包括以下步骤：
步骤1)，飞秒激光刻写装置在同一根聚酰亚胺光纤上连续刻写多个不同波长的光纤布拉格光栅，形成中心波长为1520-1558nm的聚酰亚胺光纤光栅阵列1，相邻光栅的间距为5cm、波长间隔为2nm，光栅的长度为5-10mm，光栅的3db带宽为0.2-0.3nm。如图1所示，以长度为1m的聚酰亚胺光纤为例，在聚酰亚胺光纤上每间隔5cm刻写一个不同波长的光纤布拉格光栅，相邻光栅的波长间隔为2nm，连续刻写20个不同波长的光纤布拉格光栅。
步骤2)，将步骤1)得到的聚酰亚胺光纤光栅阵列1从刚性导热管2的开口处置入其内腔，然后采用橡胶限位管3将聚酰亚胺光纤光栅阵列1固定，最后在刚性导热管2的开口处注入耐高温无机胶进行固定，制得波分时分复用低反射率高温光纤光栅阵列，如图2所示。其中，所述刚性导热管2由有机聚合物材料制成。这样避免了光纤穿管的繁琐流程，实现光纤光栅阵列的快速封装。
将上述制得的波分时分复用低反射率高温光纤光栅阵列安装于需要监测的设备上，实现极端环境下设备温度在线实时监测。
在所述步骤1)中，所述聚酰亚胺光纤是由在直径80-660μm的裸光纤外涂覆单边厚度为10-25μm的聚酰亚胺涂层制得。这样可以大幅提高光纤的耐高温性，能够承受300-1000℃高温，光纤响应时间快，波长和温度之间线性度好。
所述聚酰亚胺光纤光栅阵列1的反射率为1％～10％。反射率过高会导致复用光栅个数变少；反射率过低会导致反射信号强度低，难以采集。在合适范围内，反射率越低，多次反射串扰对待测信号的影响越小，可实现大规模光栅复用。
所述飞秒激光刻写装置采用线扫描技术，刻写时聚酰亚胺光纤由位移平台带动，按照光栅轨迹高速运动。制备得到的聚酰亚胺光纤光栅阵列反射率低、偏振相关低和插损低，加工效率高，良品率高，不需要更换掩膜版。
在所述步骤2)中，所述刚性导热管2为有机聚合物管，其侧面具有与内腔连通的开口，聚酰亚胺光纤光栅阵列1从刚性导热管2的开口处置入其内腔。这样避免了光纤穿管的繁琐流程，实现光纤光栅的快速封装。刚性导热管具有较大的强度，不易变形，从而起到保护聚酰亚胺光纤光栅阵列的作用；刚性导热管具有一定的导热性能，从而更准确的检测和传递外界的温度；刚性导热管导热效应好，保证了光栅灵敏度。
普通光纤光栅阵列测量范围在-60℃～120℃，反射率为80％-90％，难以满足特殊场合需求。本发明的聚酰亚胺光纤光栅阵列可以在300℃高温下长期工作并保持良好的线性度，反射率为1％～10％，可以实现大规模复用，比如适合航空航天、机载过热、石油化工和电力工业等极端环境。
附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
