蓝宝石光纤高温传感.pdf

蓝宝石Sapphire，即单晶氧化铝（Al2O3），属于六方晶系结构，透光范围为0.14~6.0μm，且在3.0~5.0μm波段有很高的光学透过率，是一种机械强度高（硬度仅次于金刚石）、耐化学腐蚀、热传导性良好的材料，熔点高达2072℃。而蓝宝石光纤既具备蓝宝石的优良特性，同时具有光波导的特点，非常适合光纤高温传感及化学传感。 由激光加热基座法（LHPG）生长的蓝宝石光纤，其几何轴与C光轴重合，在近红外波段具有良好的透过率，损耗主要来自光纤内部或表面存在的晶体缺陷等引起的散射。蓝宝石光纤与石英光纤和聚合物光纤不同，它是无包层的单晶光纤。蓝宝石光纤的直径可在75~500μm中选择，随着直径的不同，可达到的最大长度也不同，为了减小蓝宝石光纤与其他光纤的耦合损耗，蓝宝石光纤可设计成锥形结构，且可加套管和接头。 1983年，美国国家标准局首先用蓝宝石光纤成功研制了蓝宝石光纤高温计，在蓝宝石单晶光纤一端镀铱和氧化铝膜形成黑体腔作为传感器，采集的热辐射通过传感光纤传出，由热辐射强度反应温度，测量温度可高达2000℃，且测量数据准确，稳定性好，但价格昂贵，寿命低，未能实用化。 目前，国内很多高校已开展了对蓝宝石光纤高温传感器的研究，该类传感器继承了传统光纤传感器抗电磁干扰、重量轻、体积小、测量对象广泛等优点，同时具有耐高温、耐化学腐蚀的优势。基于蓝宝石光纤的高温传感器有荧光型和微结构型。荧光型，即可在蓝宝石光纤传感端添加荧光材料来增强探头的荧光特性，或通过在光纤内掺杂特殊成分来增强其荧光特性，当该类传感器处于高温环境中时，荧光特性会随着环境温度而改变，例如荧光寿命、荧光强度，从而实现温度传感，测量温度可高达1000℃；微结构型，即基于蓝宝石光纤做端面微结构、侧面微结构或刻栅来实现，温度的变化会导致微结构引起的光学特性改变，从而实现高温传感，测量温度可高于1000℃。 图1 荧光型蓝宝石光纤高温传感 高温测量通常在冶金、化工、热处理、铸造、耐火炉窖、电力、航空、国防等领域有着广泛的应用，传统的光纤传感技术相对成熟，例如光纤光栅传感、光纤分布式传感，但大多不能满足应用中对于高温的要求，而基于蓝宝石光纤的高温传感逐渐发展起来，北京拓普光研在这方面的工作主要体现在蓝宝石光纤、蓝宝石荧光高温传感系统、蓝宝石微结构高温传感系统方面，测温均能达1000℃；此外，手征光纤测温可达＞1000℃，聚酰亚胺涂层光纤可长期工作在300℃，飞秒激光直写光栅无需进行涂覆层的剥除，同时具有较高的热稳定性，也可工作在高温环境下。 拓普光研在中红外光纤激光领域具有丰富的经验，能够提供中红外光纤激光器件及光路方案，如有需要，请来电咨询。 电话：010-64789700 邮箱：sales@topphotonnics.cn 网站：www.topphotonics.com