[實(shí)用新型]一種折射率傳感器及其構(gòu)成的折射率檢測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201821236235.0
• 申請日: 2018-08-01
• 公開（公告）號: CN208568590U
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃國家;馮文林;楊波;李茂東;彭志清;尹宗杰;李悅
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州特種承壓設(shè)備檢測研究院
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01N21/01
• 代理公司: 廣州駿思知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44425
• 代理人: 吳靜芝

本實(shí)用新型涉及一種折射率傳感器及其構(gòu)成的折射率檢測系統(tǒng)。所述折射率傳感器包括一光子晶體光纖和兩單模光纖，所述光子晶體光纖的兩端分別與一所述單模光纖耦合，并在兩耦合點(diǎn)處分別形成一腰部擴(kuò)大光纖粗錐；所述光子晶體光纖表面包覆有石墨烯層。本實(shí)用新型的折射率傳感器基于石墨烯包覆光纖并且具有腰部擴(kuò)大雙光纖粗錐結(jié)構(gòu)作為干涉儀，通過光纖與石墨烯相結(jié)合，改變光纖的折射率，提高其靈敏度；利用腰部擴(kuò)大雙光纖粗錐結(jié)構(gòu)進(jìn)行纖芯和包層模的耦合和復(fù)合，實(shí)現(xiàn)多模干涉。本實(shí)用新型的折射率傳感器對于液體和氣體物質(zhì)濃度檢測具有高線性響應(yīng)和優(yōu)異的靈敏度，且具有成本低、制作方法簡單、可重復(fù)性高的特點(diǎn)，可大量生產(chǎn)使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種折射率傳感器及其構(gòu)成的折射率檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)

石墨烯作為一種新型的二維納米材料，是由單層碳原子排列成六方晶格的碳同素異形體，其具有強(qiáng)度高、幾乎透明、比表面積大、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，可作為吸附材料。光子晶體光纖橫截面內(nèi)部存在大量的微結(jié)構(gòu)，使得可操作空間大，使得它在光通信、光器件和光傳感等各大領(lǐng)域中獲得了極為廣泛的應(yīng)用，在光纖傳感領(lǐng)域應(yīng)用最為突出，具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、絕緣性高、可防燃防爆、靈活柔性撓曲、適于遠(yuǎn)距離監(jiān)測等的新型傳感技術(shù)，特別適宜惡劣和危險(xiǎn)環(huán)境條件下的監(jiān)測。馬赫-曾德爾干涉儀(Mach-Zehnder interferometer，MZI)可以廣泛用于測量應(yīng)變、溫度和折射率，該器件的原理是光纖的纖芯模式和包層模式之間的干涉。現(xiàn)有的光纖傳感器的傳感物質(zhì)為單純的光纖，其在用于物質(zhì)濃度檢測時(shí)，靈敏度有待提高。迄今為止，石墨烯涂覆的光纖并且具有腰部放大的雙錐芯作為Mach-Zehnder干涉折射率傳感器的研究工作還沒有報(bào)道，這種折射率傳感器可應(yīng)用于濃度檢測。

實(shí)用新型內(nèi)容

基于此，本實(shí)用新型的目的在于，提供一種折射率傳感器，其利用石墨烯包覆的光纖作為傳感結(jié)構(gòu)，可以有效地應(yīng)用于濃度檢測。

本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種折射率傳感器，包括一光子晶體光纖和兩單模光纖，所述光子晶體光纖的兩端分別與一所述單模光纖耦合，并在兩耦合點(diǎn)處分別形成一腰部擴(kuò)大光纖粗錐；所述光子晶體光纖表面包覆有石墨烯層。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的折射率傳感器基于石墨烯包覆光纖并且具有腰部擴(kuò)大雙光纖粗錐結(jié)構(gòu)作為干涉儀，通過光纖與石墨烯相結(jié)合，利用石墨烯的特殊結(jié)構(gòu)對溶液中的分子具有吸附性，由此改變光纖的折射率，提高其靈敏度；利用腰部擴(kuò)大雙光纖粗錐結(jié)構(gòu)進(jìn)行纖芯和包層模的耦合和復(fù)合，實(shí)現(xiàn)多模干涉。本實(shí)用新型的折射率傳感器對于液體和氣體物質(zhì)濃度檢測具有高線性響應(yīng)和優(yōu)異的靈敏度，且具有成本低、制作方法簡單、可重復(fù)性高的特點(diǎn)，可大量生產(chǎn)使用。

進(jìn)一步地，所述兩耦合點(diǎn)之間的距離為3.9～4.1cm。

進(jìn)一步地，所述腰部擴(kuò)大光纖粗錐的腰長為395～405μm，腰徑為179～180μm。

進(jìn)一步地，所述兩耦合點(diǎn)之間的距離為4cm；所述腰部擴(kuò)大光纖粗錐的腰長為400μm，腰徑為179.25μm。

進(jìn)一步地，所述石墨烯層為1～10層石墨烯。

進(jìn)一步地，所述石墨烯層為單層石墨烯，厚度為0.33～0.35nm。

本發(fā)明還提供了一種折射率檢測系統(tǒng)，包括本發(fā)明所述的折射率傳感器、光源、樣品室和信號處理系統(tǒng)，所述折射率傳感器設(shè)于所述樣品室內(nèi)，其兩端分別與所述光源和所述信號處理系統(tǒng)連接。

進(jìn)一步地，所述信號處理系統(tǒng)為光譜分析儀。

為了更好地理解和實(shí)施，下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1的折射率傳感器的示意圖。

圖2為實(shí)施例1的復(fù)合膜制備與轉(zhuǎn)移過程示意圖。