[發(fā)明專利]光纖布拉格光柵折射率傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010187403.3
• 申請(qǐng)日: 2010-05-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101929955A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蒙紅云;黃旭光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/41
• 分類號(hào): G01N21/41
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種折射率傳感器，尤其涉及一種光纖布拉格光柵的折射率傳感器。

背景技術(shù)

折射率在物理、生物、化學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域是一個(gè)很重要的參數(shù)，對(duì)其精確測(cè)量在化工、醫(yī)藥、食品等相關(guān)工業(yè)部門(mén)有重要意義和用途。因此，許多的測(cè)量折射率的方法應(yīng)運(yùn)而生。傳統(tǒng)的測(cè)量方法有掠入射法、衍射光柵法、激光照射法和CCD測(cè)量法，還有寬帶吸收光譜法、滴定法和熒光淬火等測(cè)量方法，但是大多數(shù)這些方法都只局限于可見(jiàn)光范圍而且都是取樣的方法，不能進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。隨后，光聲、SPR傳感器和拉曼光譜等一些新技術(shù)相繼出現(xiàn)，但是這些方法價(jià)格昂貴并且不易操作?；陂L(zhǎng)周期光纖光柵的折射率計(jì)具有較高的靈敏度，但是由于長(zhǎng)周期光纖光柵受自身的彎曲影響大，可靠性受到大大影響?；诜ú祭?珀羅腔的折射率計(jì)，雖然具有體積小的優(yōu)點(diǎn)，但是制造復(fù)雜且昂貴，易受光源穩(wěn)定性的影響。當(dāng)前基于光纖布拉格光柵的折射率傳感方法，都是通過(guò)去除光纖包層，利用光纖漸逝波（evanescent?field）與外界（待測(cè)折射率物質(zhì)）相互作用，引起光纖光柵布拉格波長(zhǎng)移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)折射率的測(cè)量。這種方法缺點(diǎn)是由于光纖的包層被去除，可承受的強(qiáng)度減弱，影響傳感器的應(yīng)用，同時(shí)成本上升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供光纖布拉格光柵折射率傳感器，具體技術(shù)方案如下。

一種光纖布拉格光柵折射率傳感器，包括寬帶光源、光纖耦合器、傳輸光纖、光纖傳感頭、光譜儀和計(jì)算機(jī)，所述寬帶光源連接到光纖耦合器的輸入端，光纖耦合器的一輸出端通過(guò)傳輸光纖與到光纖傳感頭連接，光纖耦合器的另一輸出端與光譜儀的輸入端連接，光纖傳感頭反射的光通過(guò)光纖耦合器傳輸?shù)焦庾V儀的輸入端；所述光纖傳感頭為帶尾纖的普通光纖布拉格光纖光柵。

上述的光纖布拉格光柵折射率傳感器中，還包括用于接收光譜儀的輸出數(shù)據(jù)并計(jì)算折射率的計(jì)算機(jī)，光譜儀輸出端與所述計(jì)算機(jī)通信連接。

上述的光纖布拉格光柵折射率傳感器中，所述光纖傳感頭由普通單模光纖和刻在該普通單模光纖上的光纖布拉格光柵構(gòu)成。

上述的光纖布拉格光柵折射率傳感器中，所述普通單模光纖為未經(jīng)去除包層處理的單模光纖。

上述的光纖布拉格光柵折射率傳感器中，光纖傳感頭的所述尾纖長(zhǎng)度大于光源的相干長(zhǎng)度,尾纖端面與尾纖長(zhǎng)度方向垂直。

上述的光纖布拉格光柵折射率傳感器中，光纖耦合器的分光比為10％～90％：90%～10％。

上述的光纖布拉格光柵折射率傳感器中，所述寬帶光源為C-波段（1520nm-1570nm）的光纖寬帶光源，所述傳輸光纖為普通單模光纖。

上述的光纖布拉格光柵折射率傳感器中，所述光纖傳感頭是帶尾纖的普通光纖布拉格光纖光柵，布拉格波長(zhǎng)在所述寬帶光源波長(zhǎng)范圍內(nèi)，反射率為任意。

上述的光纖布拉格光柵折射率傳感器中，計(jì)算機(jī)根據(jù)布拉格光纖光柵的邊模抑制比隨其尾纖端面所處的待測(cè)材料折射率而變化的規(guī)律，計(jì)算出待測(cè)材料折射率。

進(jìn)行測(cè)量時(shí)，光纖傳感頭插入待測(cè)物質(zhì)（如液體）中。布拉格光纖光柵的邊模抑制比隨其尾纖端面所處的待測(cè)材料折射率而變化的規(guī)律原理如下：

布拉格光纖光柵的反射率????????????????????????????????????????????????隨波長(zhǎng)的變化可以表示為：

???????????????????????????????????(1)

其中

??????????????????????????????????????????????????????????????(2)

?為光纖光柵布拉格波長(zhǎng)，為光纖纖芯的折射率變化,?為光纖光柵的光柵周期,?為光纖光柵的周期數(shù)，為纖芯中的功率百分比，V為光纖光柵的結(jié)構(gòu)常數(shù)。當(dāng)波長(zhǎng)遠(yuǎn)離布拉格波長(zhǎng)時(shí)，有。光纖光柵尾纖端面的菲涅耳反射與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，表示為：

??????????????????????????????????????????????????????????????????????????(3)

其中為纖芯折射率，為所需測(cè)量材料的折射率。

當(dāng)光纖布拉格光柵到尾纖端面的長(zhǎng)度大于經(jīng)過(guò)光源的相干長(zhǎng)度時(shí)，布拉格波長(zhǎng)位置的反射強(qiáng)度為：?

?????????(4)

在遠(yuǎn)離布拉格波長(zhǎng)位置的反射光強(qiáng)可以表示為：?

???????????????????????????????????????????????(5)

于是，得到光纖光柵的邊模抑制比SMSR為