[發(fā)明專利]基于表面等離子共振的光纖多點(diǎn)微位移傳感方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410076375.6
• 申請日: 2014-03-03
• 公開（公告）號: CN103868457A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙春柳;楊江;王小明;金尚忠
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計(jì)量學(xué)院
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于表面等離子共振的光纖多點(diǎn)微位移傳感方法，其特征在于該方法包括如下步驟：

步驟(1)選擇一個輸出波長為480nm至560nm的寬帶光源，一個工作波長覆蓋480nm至560nm的光譜儀，兩根單模傳輸光纖，一個偏振器，一根單模傳感光纖，多個位移探針。

步驟(2)寬帶光源發(fā)出的信號光，經(jīng)過傳輸光纖，通過偏振器進(jìn)行起偏，得到線偏振模式的入射光，進(jìn)入傳感光纖。

步驟(3)傳感光纖的制作，是將一根普通的單模光纖在同一實(shí)驗(yàn)條件下，在多個區(qū)域，進(jìn)行相同的腐蝕處理，得到多個腐蝕至纖芯的區(qū)域，作為產(chǎn)生表面等離子共振的敏感區(qū)。由于光纖的全內(nèi)反射工作原理，線偏振模式的入射光在纖芯與周圍空氣的界面上會產(chǎn)生一個倏逝波場。入射光的傳播常數(shù)為

kin=ωcϵ=ωcn,]]>

其中ω是入射光的圓頻率，c是真空中光的傳播速度，n是光纖纖芯的折射率。

步驟(4)位移探針的制作，是在單模光纖經(jīng)切平處理的端面，鍍上厚度為納米級的金屬薄膜。金屬內(nèi)部及表面自由電子會產(chǎn)生自發(fā)性群體振蕩，在金屬表面自由電子的振蕩模式是

ωs=4πnee2/m2,]]>

所產(chǎn)生的表面等離子波的傳播常數(shù)是

kspw≈ωcϵn2ϵ+n2,]]>

其中ε是金屬復(fù)折射率的實(shí)部。入射光在纖芯表面產(chǎn)生的倏逝波場會與金屬薄膜的表面等離子波，在滿足傳播常數(shù)相等的條件下，即

k_in=k_spw，

產(chǎn)生表面等離子共振現(xiàn)象。由于光纖纖芯與位移探針表面的金屬膜之間存在著空氣腔，會導(dǎo)致諧振波長的強(qiáng)度根據(jù)空氣腔的長度發(fā)生改變，因此實(shí)現(xiàn)了光纖與位移探針之間的微位移測量。

步驟(5)在制作位移探針時，通過在單模光纖端面鍍不同厚度的金屬膜，可以得到多個以諧振波長不同的位移探針，從而實(shí)現(xiàn)同時對傳感光纖多個敏感區(qū)微位移變化的測量，并且在頻譜上得到不同諧振波長的強(qiáng)度變化，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)微位移測量的復(fù)用。

2.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的裝置，其特征在于包括一個寬帶光源，兩根單模傳輸光纖，一個偏振器，一根單模傳感光纖，多個位移探針，多個敏感區(qū)，一個光譜儀；所述寬帶光源經(jīng)傳輸光纖與偏振器連接；所述傳感光纖經(jīng)耦合器與傳輸光纖連接；所述敏感區(qū)是在傳感光纖的多個區(qū)域上通過腐蝕處理，去除光纖包層，將纖芯裸露在外制作；所述位移探針是在多個經(jīng)端面切平處理的單模光纖端面分別鍍上均勻且厚度不同的金膜制作；所述空氣腔是指位移探針與傳感光纖敏感區(qū)之間幾十納米寬的空氣帶隙。