[發明專利]微型光纖F－P傳感器及制作方法、基于傳感器的液體測試儀

無效

• 申請號: 200810069753.2
• 申請日: 2008-05-27
• 公開（公告）號: CN101303300A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發明（設計）人: 饒云江;鄧明;朱濤;段德穩
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01N21/01;G02B6/02;G02B6/255
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳楊

技術領域

本發明涉及一種光纖傳感技術，尤其涉及一種微型光纖F-P傳感器及其制作方法以及基于微型光纖F-P傳感器的液體測試儀。

背景技術

折射率是許多工程材料，尤其是光學材料非常重要的一個參數，此外折射率還常常是工程上測量透明溶液濃度的重要途徑。而多數材料手冊上給出的材料折射率不但相互不一致，而且其測量條件(如對應的波長、溫度等相關條件)分散性很大，給實際應用帶來諸多不便；因此折射率的測量具有重要的實際應用價值，研究開發新型實用的折射率傳感器尤為重要。

液體折射率測量在工業中有著廣泛的應用，其測量方法有很多。最成熟的是阿貝折射儀，但是這種折射儀不能在惡劣環境中使用，并且成本非常高，而瑞利干涉儀的測量精度雖然高，但不是普通的常用儀器，用時有一定的技術要求；光纖傳感器的問世，為解決傳感器在惡劣環境下的使用提供了出路，光纖傳感器以其防爆、抗電磁干擾、抗腐蝕、耐高溫、結構小巧等優點越來越受到人們的青睞，例如：基于D型光纖的布拉格光柵和長周期光纖光柵都已經被廣泛應用于各種液體折射率的測量中；但是這類光柵型傳感器具有強度低、溫度交叉敏感、測量范圍小、測量系統復雜等缺點，很大程度地限制了它們在測量領域的進一步應用。

光纖法布里-珀羅(Fabry-Peort)干涉傳感器，簡稱光纖F-P傳感器，是目前歷史最長、技術最為成熟、應用最為廣泛的一種光纖傳感器，已經被成功用于測量溫度、應變、壓力、位移、超聲波、折射率等參數，商用化程度很高；特別是，由于光纖F-P傳感器具有精度高、測量范圍大、復用能力強、響應速度快等獨特優勢，用它進行折射率的測量已經引起了人們的廣泛關注。

光纖F-P傳感器主要分為非本征型和本征型兩種。其中：非本征型光纖F-P傳感器的干涉腔是空氣，而本征型光纖F-P傳感器的干涉腔是一段光纖；當非本征型光纖F-P傳感器空氣腔的折射率發生改變時，其相位就會發生變化從而引起輸出光強的變化，表現為光譜的漂移；因此，可以通過監測非本征型光纖F-P傳感器波長的漂移量從而檢測氣體或者液體折射率的改變。

然而，由于非本征型光纖F-P傳感器的波長也會隨著外界環境溫度的變化而發生漂移，導致了溫度交叉敏感從而不能進行外界折射率的準確測量；此外，非本征型光纖F-P傳感器的空氣腔易受污染，這也給準確測量帶來一定的困難；近年來，一種基于157nm加工的光纖F-P傳感器已經被用來測量甘油、酒精等液體的折射率，這種光纖F-P傳感器對溫度不敏感，克服了溫度交叉敏感效應，但是它必須在真空環境下加工，這無疑就增加了加工系統的復雜性、提高了成本；最為關鍵的是該類光纖F-P傳感器具有三個反射面，且由于三個面的反射率基本相同，導致了該傳感器的輸出信號是三個對應不同腔長信號的疊加，在光譜上表現為低頻信號對應的大包絡調制用于檢測液體折射率的高頻信號，給準確測量帶來了一定的誤差，在實際應用中具有很大的局限性。

發明內容

本發明公開了一種微型光纖F-P傳感器，在實芯光子晶體光纖一端熔接有普通單模光纖，另一端熔接有單模光纖。

單模光纖與實芯光子晶體光纖的纖芯折射率相同，且單模光纖的長度為10-100微米。

所述的實芯光子晶體光纖為無限單模光子晶體光纖，即EPCF，其長度為1-6毫米。

上述的微型光纖F-P傳感器的制作方法，其步驟如下：

1)采用手動熔接的方法將普通單模光纖與實芯光子晶體光纖的一端熔接；

2)根據需要的F-P腔長度，切割光子晶體光纖；

3)采用手動熔接的方法將單模光纖與實芯光子晶體光纖的另一端熔接；

4)采用飛秒激光方法將單模光纖的長度切割至幾十微米。

在步驟1)和2)所進行的熔接時，實芯光子晶體光纖距放電區域中芯軸線20微米以上。

熔接時的工藝參數如下：

1)電弧功率為30-55(單位)，

2)預放電時間為150-190ms，

3)放電持續時間為600-1000ms。

基于上述微型光纖F-P傳感器的液體測試儀，包括：微型光纖F-P傳感器，即監測探頭，2×1的耦合器，光譜儀和計算機，其中：監測探頭通過2×1的耦合器分別與光譜儀的光源輸出端和輸入端相連接，光譜儀數據輸出端與計算機相連接。

本發明的有益技術效果是：使傳感器微型化、一體化，強度大、制作簡單、靈敏度高、響應速度快、測量范圍大、耐惡劣環境能力強，消除了光源波動對測量結果的影響，并具有獨特的折射率響應特性和溫度響應特性。

附圖說明：