[實用新型]基于單模?多模?無芯光纖結構的分子態有機污染物監測傳感器

有效

• 申請號: 201720929986.X
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN207036689U
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 周國瑞;牛龍飛;苗心向;呂海兵;蔣一嵐;劉昊;袁曉東;周海;馬志強;鄒睿;劉青安;李可欣
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙)11369
• 代理人: 鄭健

技術領域

本實用新型屬于光纖傳感技術領域，具體涉及一種基于單模-多模-無芯光纖結構的分子態有機污染物在線監測傳感器。

背景技術

隨著現代技術的迅猛發展，對實驗和生產的環境要求越來越高。分子態污染物對半導體生產、醫療、航天領域特別是高功率激光裝置等具有相當非常大的影響。一方面分子態有機污染物嚴重影響半導體成品率；另一方面分子態有機污染物在強激光作用下產生聚集，導致光學元件表面損傷閾值的降低，從而影響整個裝置的負載能力。因此對光學元件的制造、清洗、安裝以及材料進行了嚴格的規定，以保證激光裝置在安裝、運行過程中盡可能減少分子態有機污染物。選材、清洗、安裝及運行過程中潔凈控制是遠遠不夠的，主要由于高功率激光裝置為巨大而復雜的真空系統，需要大量的粘合劑、潤滑劑、高分子材料、墊圈等等。在低真空情況下，這些材料會產生可揮發的分子態有機污染物，在強光照射下會加劇這些揮發，這些污染物一方面沉積在光學元件表面形成薄膜，影響光束質量，一另方面吸收光能量產生微爆炸，導致光學元件閾值下降。為保證高功率激光系統的持續穩定工作，必須對激光裝置中分子態有機污染物進行在線監測。目前有機污染物的測量方法主要有以下幾種方式：(1)氣相色譜-質譜聯用法。該方法需要用準確度極高，但需要先用潔凈采氣罐對被測量環境進行氣體采集，并需要專業人員利用氣相色譜-質譜聯用儀進行測量，該種方法費時、費力，分析時間較長，同時無法實現在線監測及真空環境監測需求。(2)石英晶體微平衡法。該方法是一種諧振式測量儀器，配合敏感材料可以進行微質量的測量，成本低廉。但由于該方法是體諧振式傳感，受限于諧振頻率，其精度為納克量級，同時該方法實現分布式傳感較為困難。(3)聲表面波法。該方法諧振頻率為百MHz量級，可以得到比石英晶體微平衡法更高的精度，該方法的表面積較大(幾個平方毫米)且對光刻技術要求高。與其他檢測方法相比，該種檢測方法具有避免二次污染，可在線監測、靈敏度較高、易于擴展、便于集成且與普通光纖易于連接等優點，特別適合在傳感領域應用。

實用新型內容

本實用新型的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優點。

為了實現根據本實用新型的這些目的和其它優點，提供了一種基于單模-多模-無芯光纖結構的分子態有機污染物在線監測傳感器，包括：

單模光纖，其用于光信號的輸入和輸出；

多模光纖，其輸入端與所述單模光纖的輸出端無偏心熔接；

無芯光纖，其一端與所述多模光纖的輸出端偏心熔接；所述無芯光纖的表面附著溶膠-凝膠二氧化硅膜層；

其中，所述無芯光纖與多模光纖偏心熔接后的不重疊位置處附著第一金屬膜層以反射多模光纖中的光信號；所述無芯光纖的另一端附著第二金屬膜層以反射無芯光纖中的光信號。

優選的是，所述單模光纖的直徑均為125μm、芯徑均為8～10μm。

優選的是，所述多模光纖的長度為3～10mm、直徑為125μm、芯徑為50～125μm。

優選的是，所述無芯光纖的長度為3～10mm、直徑為20～100μm。

優選的是，所述溶膠-凝膠二氧化硅膜層為鋱鏑鐵溶膠-凝膠二氧化硅膜層。

優選的是，所述溶膠-凝膠二氧化硅膜層的厚度為1～10μm。

優選的是，所述溶膠-凝膠二氧化硅膜層采用提拉鍍膜法附著在無芯光纖的表面。

優選的是，所述單模光纖與多模光纖采用光纖熔接技術進行無偏心熔接；所述無芯光纖與多模光纖采用光纖熔接技術進行偏心熔接。

優選的是，所述第一金屬膜層的厚度大于50nm，其采用真空濺射方法附著在多模光纖與無芯光纖不重疊的端面上；所述第二金屬膜層的厚度大于50nm，其采用真空濺射方法附著在無芯光纖的另一個端面上。

優選的是，所述溶膠-凝膠二氧化硅膜層采用靜電紡絲法包覆在無芯光纖的表面。

本實用新型至少包括以下有益效果：本實用新型的分子態有機污染物在線監測傳感器，當超輻射發光二極管發出的光在單模光纖中傳輸，并進入多模光纖中傳輸，在多模光纖的端面，光信號被分為兩部分，第一部分在端面處被第一金屬膜層反射，第二部分進入無芯光纖中傳輸，并在無芯光纖的末端被第二金屬膜層反射，反射光進入多模光纖中與無芯光纖中的反射光進行干涉，干涉光通過單模光纖輸出；當被監測環境中的分子態有機污染物導致無芯光纖表面的溶膠-凝膠二氧化硅膜層折射率發生變化，進而影響干涉光的諧振波長位移，通過波長偏移量反推分子態有機污染物濃度。