[實用新型]一種基于細芯光纖修飾CNT的邁克爾遜結構的折射率傳感器

有效

• 申請號: 201720048951.5
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN206594060U
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發明（設計）人: 樊子揚;倪凱;馬啟飛;王飄飄
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

一種基于細芯光纖修飾CNT(Carbon Nanotube)的邁克爾遜結構的折射率傳感器，屬于光纖傳感技術領域。

背景技術

光纖折射率傳感器一種重要的光纖傳感器，常見的一些改善傳感器靈敏度的方法是對光纖進行一些特殊的溶解或化學處理使其對外界環境的折射率更加敏感，但是這些方法在提高折射率靈敏度的同時降低了光纖本身的柔韌性，使其在實際應用中受到一些限制。同時大多數折射率傳感器會隨著外界折射率的增加波長進行漂移，而強度不會因此發生有規律或明顯的起伏。這樣的傳感器容易受到FSR(Free Spectral Rang)的限制，并且不能夠在比較寬的折射率范圍內進行連續實時的監測。近些年來，越來越多的人們在光纖表面沉積一層薄膜來提高傳感器的傳感特性。這類傳感器具有成本低、容易制作、使結構的折射率的測量范圍隨著外界環境的改變而改變等優點。

全光纖邁克爾遜干涉儀是一種重要的光纖干涉儀，其結構分兩種，一種是在一段單模光纖中間熔接出一個結構，該結構可以激發出包層模，同時光纖的端面可以鍍高反射率的銀，可將激發出的包層模反射回到纖芯中與纖芯中傳輸的光發生干涉，或者可將光纖端面熔接出一些特殊結構，可以激發更高級次的包層模。第二種結構是將一段單模光纖與特種光纖熔接在一起，利用單模光纖與特種光纖的纖芯直徑不匹配的原理激發出包層模。該結構折射率靈敏度很高，可進行波長和強度的雙解調。

CNT是一種對光有高的吸收率并且具有高的折射率的黑色的材料，另一方面CNT 對于硅材料具有很好的兼容性可以在硅表面形成薄膜。重要的是基于它的傳感原理，可以使原本結構的折射率的測量范圍增大，并且隨著外界折射率改變干涉波譜的強度改變得到提高。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種基于細芯光纖修飾CNT的邁克爾遜結構的折射率傳感器。該裝置成本低，便于制作，可以使原本結構的折射率的測量范圍增大，并且隨著外界折射率改變干涉波譜的強度改變得到提高。

本實用新型通過以下技術實現：

一種基于細芯光纖修飾CNT的邁克爾遜結構的折射率傳感器，其特征在于：由單模光纖(1)、細芯光纖(2)、微弧頂端包層(3)、CNT沉積層(4)組成；單模光纖(1)與細芯光纖(2)相連，微弧頂端包層(3)與細芯光纖(2)相連，CNT沉積層(4)包裹細芯光纖(2)、微弧頂端包層(3)的表面。

所述的一種基于細芯光纖修飾CNT的邁克爾遜結構的折射率傳感器，其特征在于：單模光纖(1)、細芯光纖(2)、微弧頂端包層(3)均可采用G.652單模光纖，細芯光纖(2)的纖芯和包層直徑分別為4μm和124.5μm，細芯光纖(2)的長度L為2mm，微弧頂端包層(3)的長度l 為45.08μm。

所述的一種基于細芯光纖修飾CNT的邁克爾遜結構的折射率傳感器，其特征在于： CNT沉積層(5)采用CNT均勻的沉積在光纖的表面。

本實用新型的工作原理為：依據邁克爾遜干涉儀的干涉公式為：

其中E₁和E₂分別是基模和激發的包層模的大小，Δn＝n₁-n₂是包層模的纖芯的有效折射率差，l₁是L的二倍，λ是工作波長，是初始相位。外界環境的折射率的改變影響了包層模式的有效折射率，從而導致相位的改變。

這可以解釋基于細芯光纖的邁克爾遜結構隨著外界環境折射率的改變波長和強度都發生了明顯的改變。經過CNTs修飾過后的邁克爾遜結構，如圖2所示。由于CNTs是一種高折射率和高光吸收率的材料，那么高折射率特性使得包層模式的有效折射率發生變化，這將影響細芯光纖表面的包層模式的倏逝波的強度，導致干涉波峰和波谷的波長和消光比的改變。當外界環境的折射率發生改變時，端面修飾了CNTs的細芯光纖也發生改變，包層模式倏逝波反射強度可使用公式：