[實(shí)用新型]一種具有雙梭形結(jié)構(gòu)的錐形光纖溫度傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201821767359.1
• 申請(qǐng)日: 2018-10-30
• 公開（公告）號(hào): CN209214776U
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱曉軍;陳曦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J5/08
• 分類號(hào): G01J5/08
• 代理公司: 蘇州智品專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32345
• 代理人: 王利斌

本實(shí)用新型屬于微納結(jié)構(gòu)光纖傳感器領(lǐng)域，為解決現(xiàn)有光纖溫度傳感器的傳感靈敏度不高的問題，提出一種具有雙梭形結(jié)構(gòu)的錐形光纖溫度傳感器，由第一梭形光纖和第二梭形光纖組成，第二梭形光纖和第一梭形光纖具有相同的形狀結(jié)構(gòu)，在兩個(gè)梭形光纖上設(shè)置纖芯分離收縮錐區(qū)并對(duì)接構(gòu)成中心錐區(qū)。經(jīng)過梭形光纖的光由于纖芯不連續(xù)而實(shí)現(xiàn)了光從基模到高階模式的轉(zhuǎn)化。當(dāng)外界溫度改變時(shí)，就會(huì)引起光纖折射率的改變，高階模式就會(huì)因?yàn)楣饫w折射率的改變而發(fā)生光傳輸相移的變化，導(dǎo)致在第二個(gè)梭形光纖區(qū)高階模式和低階模式耦合系數(shù)發(fā)生變化而使得透射光譜發(fā)生變化，因此可以通過透射光譜的變化來測(cè)量溫度的變化。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于微納結(jié)構(gòu)光纖傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種溫度傳感器。

背景技術(shù)

由于光纖傳感器抗電磁干擾、靈敏度高、尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，近年來被廣泛關(guān)注。例如，Bo Huang等報(bào)道了一種基于Lyot濾波器的應(yīng)力傳感器，靈敏度可以達(dá)到-6.39×10^-6rad/με。常見的光纖傳感器有光纖光柵，光纖Sagnac干涉儀，光纖馬赫-曾德爾干涉儀(MZI)，光纖Fabry–Perot諧振腔。其中MZI具有響應(yīng)速度快、靈敏度高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。Bin Yin等報(bào)道了一種溫度和應(yīng)力傳感器，靈敏度分別達(dá)到0.7096pm/με和44.12pm/℃。微納光纖具有較高的表面場(chǎng)和倏逝波，因此能夠大大提高傳感器的靈敏度。基于微納光纖的微MZI(MMZI)同時(shí)具有MZI和微納光纖的特性，近年來被廣泛用于傳感器的研究。例如Jeremie Harris等報(bào)道了一種基于光子晶體光纖的MMZI溫度和應(yīng)力傳感器。在目前報(bào)道的錐形光纖溫度傳感器中，靈敏度較高的微Iván Hernández-Romano等報(bào)道一種表面涂覆聚二甲基硅氧烷的錐形光纖，但是這種聚合物對(duì)人體健康有一定風(fēng)險(xiǎn)。目前基于MMZI靈敏度較高的是Hui Zhang等報(bào)道的具有D型腔的溫度傳感器，靈敏度可以達(dá)到82.72nm/℃。但是這種傳感器的缺點(diǎn)也相當(dāng)明顯，首先制作這種微腔結(jié)構(gòu)需要昂貴的激光器和控制設(shè)備，其次這種微腔結(jié)構(gòu)對(duì)光損耗比較大，最后外界微小力就還可以破壞這種微腔結(jié)構(gòu)不利于實(shí)際應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型目的是解決以往光纖溫度傳感器中模式單一、靈敏度不高等問題，提出的技術(shù)方案如下：

采取的技術(shù)方案如下：

一種具有雙梭形結(jié)構(gòu)的錐形光纖溫度傳感器，依次由輸入端引導(dǎo)光纖、具有雙梭形結(jié)構(gòu)的錐形光纖、輸出端引導(dǎo)光纖熔接而成；所述的具有雙梭形結(jié)構(gòu)的錐形光纖由第一梭形光纖和第二梭形光纖組成，其中第一梭形光纖由纖芯和包層構(gòu)成；沿著光傳播方向第一梭形光纖上依次由收縮錐區(qū)、錐區(qū)腰部、增大錐區(qū)、纖芯分離收縮錐區(qū)構(gòu)成；其中增大錐區(qū)、纖芯分離收縮錐區(qū)共同形成第一梭形光纖的梭形結(jié)構(gòu)；第二梭形光纖和第一梭形光纖具有相同的形狀結(jié)構(gòu)，第一梭形光纖的纖芯分離收縮錐區(qū)和第二梭形光纖的纖芯分離收縮錐區(qū)對(duì)接構(gòu)成中心錐區(qū)；所述的輸入端引導(dǎo)光纖與第一梭形光纖外端面熔接，輸出端引導(dǎo)光纖與第二梭形光纖外端面熔接；所述的收縮錐區(qū)橫截面直徑沿著光傳播方向逐步減小，所述的增大錐區(qū)橫截面直徑沿著光傳播方向逐步增大，所述的錐區(qū)腰部為收縮錐區(qū)和增大錐區(qū)之間的過渡區(qū)域，所述的纖芯分離收縮錐區(qū)中不含纖芯且橫截面直徑沿著光傳播方向逐步減小；所述的輸入端引導(dǎo)光纖和輸出端引導(dǎo)光纖均為纖芯包層單模光纖，輸入端引導(dǎo)光纖用于將光導(dǎo)入具有雙梭形結(jié)構(gòu)的錐形光纖中，輸出端引導(dǎo)光纖用于將光從具有雙梭形結(jié)構(gòu)的錐形光纖中導(dǎo)出。

兩個(gè)梭形光纖區(qū)增大錐區(qū)的最大光纖直徑以及纖芯分離區(qū)的光纖直徑可以相同或者不同；對(duì)接后第二梭形光纖和第一梭形光纖結(jié)構(gòu)成對(duì)稱或者不對(duì)稱分布。