[發(fā)明專利]一種微納光纖鎖模激光傳感器及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110229835.0
• 申請日: 2011-08-11
• 公開（公告）號: CN102323212A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳宇;賈蘭;饒云江
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01N21/00
• 分類號: G01N21/00
• 代理公司: 成都華典專利事務(wù)所(普通合伙) 51223
• 代理人: 楊保剛;徐豐

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種基于碳納米管薄膜的微納光纖鎖模激光傳感器及其制造方法。

背景技術(shù)

微納光纖是在微納光子學(xué)理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，以空氣為包層的介觀尺度光波導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，它既不同于普通光纖，也不同于集成光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。微納光纖具有大比例的倏逝波傳輸、高非線性、高色散區(qū)﹑強倏逝波耦合﹑低彎曲損耗等特性。因此，它在一定程度上既能解決普通光纖所制作的光學(xué)器件尺寸很難縮小的問題，同時又能彌補集成光波導(dǎo)器件制作難度高和損耗較大的缺點和不足，使得其作為一類新型的微納光子器件在光通信、光傳感領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。

Langmuir-Blogeet膜，簡稱LB膜，該膜最早由朗繆爾（I.?Langmuir）和布勞杰特（K.Blodgett）提出而得名，它是將具有親水頭和疏水尾的兩親分子分散在水面（亞相）上，沿水平方向?qū)λ媸┘訅毫Γ肿釉谒嫔暇o密排列，形成一層排列有序的不溶性單分子膜。LB膜技術(shù)就是將上述的氣/液界面上的單分子膜轉(zhuǎn)移到固體表面并實現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)移組裝的技術(shù)。LB膜具有膜厚可準確控制，制膜過程不需要很高的條件，簡單易操作，膜中分子排列高度有序等特點，因此可實現(xiàn)在分子水平上的組裝，在材料學(xué)、光學(xué)、電化學(xué)和生物仿生學(xué)等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。近年來已開展了眾多研究，涉及生物膜仿生模擬、超薄膜制備、光學(xué)以及各種基于LB膜的傳感器等方面。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種具有高靈敏度近場光學(xué)傳感結(jié)構(gòu)，而且適用于微量氣體、液體等高精度、在線定量檢測方面的基于碳納米管薄膜的微納光纖鎖模激光傳感器及其制造方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種微納光纖鎖模激光傳感器，包括中間某段設(shè)為微納光纖結(jié)構(gòu)的普通光纖，所述普通光纖中的微納光纖段上設(shè)有數(shù)層碳納米管薄膜的單分子層，所述設(shè)有微納光纖段的普通光纖的一端依次與光耦合器、光纖放大器、偏振控制器、光隔離器連接后連接于該普通光纖的另一端。

一種微納光纖鎖模激光傳感器的制造方法，包括如下步驟：

a.將普通光纖的中間某段去掉涂覆層后拉制得到中間某段具有微納光纖結(jié)構(gòu)的普通光纖；

b.利用超聲機分散好碳納米管溶液并將其鋪展到去離子水表面，使其形成均勻的、緊密排列的單分子薄膜；

c.利用LB鍍膜技術(shù)將數(shù)層碳納米管單分子薄膜鍍在步驟a中所述普通光纖的微納光纖段；

把步驟a中得到的微納光纖段垂直插入到步驟b所得液體的液面，在膜壓的作用下，氣/液界面表面的碳納米管連續(xù)轉(zhuǎn)移到微納光纖的表面，利用ＬＢ鍍膜軟件精確控制碳納米管薄膜的層數(shù)和鍍膜長度；

d.將通過步驟c后得到的微納光纖與光隔離器，光纖放大器，偏振控制器和耦合器連接形成被動鎖模激光器結(jié)構(gòu)。

進一步地，所述碳納米管溶液為0.19mg/ml的碳納米管三氯甲烷溶液。

進一步地，所述碳納米管薄膜的單分子層為5~15層，每層厚度小于2納米。

進一步地，所述光纖放大器為摻餌光纖放大器（EDFA）。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：基于碳納米管薄膜的微納光纖構(gòu)建鎖模激光傳感器，是將碳納米管、亞波長直徑微納光纖與LB鍍膜相結(jié)合的技術(shù)，將具有許多優(yōu)良傳感性質(zhì)的碳納米管轉(zhuǎn)移到微納光纖表面，形成一種具有很好的光學(xué)傳感與非線性特性的復(fù)合光波導(dǎo)線。由于鍍有碳納米管薄膜的微納光纖表面存在較強的光倏逝場分布，因此，其表面碳納米管薄膜可以有效地吸附液體或氣體分子，并且與近場光子直接作用，使它具有突出的光學(xué)傳感高精度測量和響應(yīng)特性。同時這種基于碳納米管薄膜微納光纖的復(fù)合光波導(dǎo)線結(jié)構(gòu)在新一代光子通信、光子器件和全光信號處理方面也有著廣泛應(yīng)用前景。

將這種復(fù)合結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)線與EDFA(摻餌光纖放大器)、耦合器、光隔離器和偏振控制器連接可構(gòu)建一種被動鎖模激光傳感器，通過控制光在激光器諧振腔里的偏振態(tài)和EDFA的增益來控制激光器的振蕩，形成穩(wěn)定的脈沖激光輸出。同時，碳納米管薄膜具有突出的吸附特性和快速恢復(fù)特性，使得微納光纖表面光倏逝場能夠充分地與碳納米管薄膜所吸附的待測物質(zhì)分子作用，從而調(diào)制該激光傳感結(jié)構(gòu)的輸出激光脈沖寬度，通過精確測量脈沖展寬，可以反映待測物質(zhì)分子濃度的變化量。這種鍍有碳納米管薄膜的微納光纖所構(gòu)建的被動鎖模激光傳感器可以作為一種高靈敏度的近場光學(xué)傳感結(jié)構(gòu)，在微量氣體、液體等的高精度、在線定量檢測方面有著良好的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例制備微納光纖的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例鍍有碳納米管的光纖結(jié)構(gòu)示意圖；