[發(fā)明專利]一種微納光纖折射率傳感器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010614346.2
• 申請(qǐng)日: 2010-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN102141512A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫琪真;劉德明;沃江海;梁瑞冰;李曉磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/41
• 分類號(hào): G01N21/41
• 代理公司: 北京市德權(quán)律師事務(wù)所 11302
• 代理人: 周發(fā)軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微納光纖折射率傳感器。

背景技術(shù)

在微納光纖中，光場(chǎng)有很大一部分能量分布在光纖之外，以倏逝場(chǎng)的形式傳播，這部分光纖之外的倏逝場(chǎng)與環(huán)境相互作用時(shí)，可以用來(lái)做結(jié)構(gòu)緊湊靈敏度高的折射率傳感器。

目前已見有多種微納光纖折射率測(cè)量方法的報(bào)道，例如微納光纖環(huán)、微結(jié)構(gòu)微納光纖、微納光纖干涉儀等。這些方法的靈敏度雖然也能達(dá)到較高的量級(jí)，但大多結(jié)構(gòu)復(fù)雜或信號(hào)解調(diào)繁瑣，不利于實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，這些裝置不能有效避免外界其他信號(hào)的影響，因而穩(wěn)定性較弱。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種微納光纖的折射率傳感器，該傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種微納光纖折射率傳感器，其特征在于，單根微納光纖的一端與光源和隔離器相連，作為信號(hào)光輸入部分，另一端與光功率計(jì)相連，作為信號(hào)光輸出部分；所述微納光纖通過膠水安裝在固定座上。

進(jìn)一步優(yōu)化的，所述微納光纖的直徑為0.6-5μm。微納光纖由普通光纖經(jīng)過物理加熱拉伸法制作而成。該裝置由兩組光纖固定基座和夾具、兩個(gè)電動(dòng)平移臺(tái)以及加熱裝置組成。光纖固定基座和夾具固定在電動(dòng)平移臺(tái)上，將光纖用光纖夾具加緊，用加熱裝置對(duì)光纖進(jìn)行加熱，通過電動(dòng)平移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)將光纖拉伸至微米量級(jí)。本發(fā)明所使用的微納光纖表面具有較好的均勻度從而大大降低了其傳輸損耗。

本發(fā)明在已有微納光纖折射率傳感器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，將折射率測(cè)量方法簡(jiǎn)化為僅僅依靠單根微納光纖來(lái)實(shí)現(xiàn)，避免了其他裝置的干擾，有效的提高了傳感器的穩(wěn)定性。本發(fā)明采用直接測(cè)量輸出光功率變化的方法，無(wú)需繁瑣的信號(hào)解調(diào)方法，方便實(shí)用，準(zhǔn)確性高。本發(fā)明能通過減小微納光纖的直徑大幅度的提高傳感器的靈敏度，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體說明。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。其中：1為波長(zhǎng)為1550nm的光源；2為光隔離器；3為微納光纖；4為待測(cè)葡萄糖溶液；5為光功率計(jì)。

圖2為直徑為2.3微米的微納光纖照片。

圖3為光纖直徑為5.0μm徑時(shí)，輸出信號(hào)光功率隨外界被測(cè)溶液折射率變化關(guān)系曲線。

圖4為光纖直徑為2.3μm徑時(shí)，輸出信號(hào)光功率隨外界被測(cè)溶液折射率變化關(guān)系曲線。

圖5為光纖直徑為0.6μm徑時(shí)，輸出信號(hào)光功率隨外界被測(cè)溶液折射率變化關(guān)系曲線。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的傳感器的具體組裝方法如圖1所示。光源的光經(jīng)過一個(gè)光隔離器后通過直接熔接的方式輸入到微納光纖中，微納光纖的另一端通過普通光纖與光功率計(jì)相連。然后將微納光纖用膠固定于一個(gè)凹槽底部，以防止其抖動(dòng)帶來(lái)的輸出功率跳動(dòng)。

微納光纖的拉制過程為：將普通光纖通過光纖夾具固定在兩個(gè)電動(dòng)平移臺(tái)上，加熱用火頭固定于兩夾具中間的光纖的正下方。整個(gè)加熱裝置由氫氣發(fā)生器和火頭組成，利用氫氣燃燒的火焰加熱光纖至熔融狀態(tài)后移動(dòng)電動(dòng)平移臺(tái)拉伸光纖至微米量級(jí)。所得到的微納光纖如圖2所示。

本發(fā)明在具體測(cè)量待折射率變化時(shí)，將待測(cè)液體放置于槽內(nèi)并浸沒底部的微納光纖，防止其受到外界環(huán)境的干擾。待輸出信號(hào)光穩(wěn)定后，記錄此時(shí)輸出光功率值。這里的待測(cè)液體采用的是葡萄糖溶液，其折射率通過阿貝折射計(jì)測(cè)量。此時(shí)，直接向槽內(nèi)加水稀釋溶液以改變其折射率值，待輸出穩(wěn)定后，再測(cè)其輸出功率，采用這種測(cè)量方法最終得到輸出信號(hào)光功率和溶液折射率變化關(guān)系的曲線如圖3所示。這里采用的微納光纖直徑為5.0μm，溶液在折射率值為1.3500時(shí)，測(cè)得其靈敏度為42dB/RIU，其中RIU指單位折射率(Refractive?index?Unit)。

將原微納光纖取下，分別換用直徑分別為2.3μm和0.6μm的微納光纖重復(fù)上述操作，分別得到如圖4、5所示的曲線，分析可知在折射率值為1.3500時(shí)的傳感器靈敏度分別為208dB/RIU和460dB/RIU。

最后所應(yīng)說明的是，以上具體實(shí)施方式僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。