[發明專利]二氧化鈦薄膜涂覆傾斜光纖光柵折射率傳感器及檢測系統

有效

• 申請號: 201810494921.6
• 申請日: 2018-05-22
• 公開（公告）號: CN108680531B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 李志紅;羅倩倩;嚴博騰;阮秀凱;張耀舉;戴瑜興;蔡振鬧
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 溫州甌越專利代理有限公司 33211
• 代理人: 陳千楷

1.一種二氧化鈦薄膜涂覆傾斜光纖光柵折射率傳感器，包括長周期光纖光柵和包層，其特征在于：所述長周期光纖光柵為傾角大于80°的極大傾角長周期光纖光柵，所述包層表面涂覆有納米量級的二氧化鈦薄膜，所述二氧化鈦薄膜的優化厚度通過包層模式和包層模功率因子P_rrcl確定，其中，包層模式中，n_eff為包層模式有效折射率，d為二氧化鈦薄膜厚度，

在圓柱坐標系(r,φ,z)中，包層模功率因子P_rrcl的公式如下：式中e_r和e_φ分別表示包層模式徑向和角向電場分量，h_r和h_φ分別表示包層模式徑向和角向磁場分量，其中r_cl表示包層半徑。

2.根據權利要求1所述的二氧化鈦薄膜涂覆傾斜光纖光柵折射率傳感器，其特征在于：所述二氧化鈦薄膜通過原子層沉積技術涂覆在光柵區域的包層表面。

3.根據權利要求2所述的二氧化鈦薄膜涂覆傾斜光纖光柵折射率傳感器，其特征在于：所述長周期光纖光柵刻寫在通信單模石英光纖上。

4.一種折射率檢測系統，其特征在于：包括如權利要求1-3任意一項所述的二氧化鈦薄膜涂覆傾斜光纖光柵折射率傳感器，還包括

近紅外寬帶光源，用于產生覆蓋一定波段的入射光，

偏振控制器，用于接收入射光以及輸出單一偏振方向的偏振光，所述偏振光為P偏振光或S偏振光，

待測樣品反應池，用于放置待測樣品和二氧化鈦薄膜涂覆傾斜光纖光柵折射率傳感器，二氧化鈦薄膜涂覆傾斜光纖光柵折射率傳感器通過光纖跳線與偏振控制器連接，p偏振光或s偏振光輸入至二氧化鈦薄膜涂覆傾斜光纖光柵折射率傳感器并分別在纖芯內激勵起p偏振態纖芯導?；騭偏振態纖芯導模，偏振態纖芯導模傳輸至極大傾角長周期光纖光柵，在諧振波長處滿足相位匹配條件的p偏振態纖芯導?；騭偏振態纖芯導模分別耦合至p偏振包層模式或s偏振態包層模式，經二氧化鈦薄膜涂覆傾斜光纖光柵折射率傳感器輸出后產生偏振相關包層模諧振峰，二氧化鈦薄膜涂覆傾斜光纖光柵折射率傳感器的輸出光通過光纖跳線輸入至光譜分析儀，

該光譜分析儀，用于觀測并監測偏振相關包層模諧振峰的漂移，并根據監測諧振峰或諧振波長隨待測樣品的變化，從而實現傳感監測。

5.根據權利要求4所述的折射率檢測系統，其特征在于：所述p偏振態纖芯導?；騭偏振態纖芯導模分別耦合至p偏振包層模式EH_2,j或s偏振態包層模式TE_0,j，并于諧振波長處產生雙損耗峰或雙諧振峰。

6.根據權利要求4或5所述的折射率檢測系統，其特征在于：所述二氧化鈦薄膜涂覆傾斜光纖光柵折射率傳感器的偏振耦合特性參數包括光柵周期，光柵周期介于217.72μm～213.52μm之間。

7.根據權利要求6所述的折射率檢測系統，其特征在于：所述二氧化鈦薄膜涂覆傾斜光纖光柵折射率傳感器的纖芯半徑為4.15μm，包層半徑為62.5μm，纖芯折射率比包層折射率高0.36％，光柵傾角為87°，光柵長度為40mm，纖芯折射率調制幅度為2.0×10^-4，光柵周期為217.72μm或213.52μm。

8.根據權利要求4或5所述的折射率檢測系統，其特征在于：所述的近紅外寬帶 光源為輸出光譜包括1350nm～1650nm波段的寬帶光源。