[發明專利]一種基于損失模式共振的微結構光纖傳感器

在審

• 申請號: 201910345917.8
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN109974925A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 王琦;井建迎;趙萬明;宋志偉;宋行;王雪州
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01L11/02
• 分類號: G01L11/02
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

本發明公開了一種基于損失模式共振的微結構光纖傳感器，具體包括：微結構光纖，所述微結構光纖包括傳感區域，該傳感區域從內至外依次涂覆TiO₂薄膜、HfO2薄膜和橡膠，所述微結構光纖外表面兩側呈不同大小的半圓結構，所述微結構光纖結構的圓心處設置有多個空氣孔。所述空氣孔包括六個大小相同的大空氣孔和一個小空氣孔，所述大空氣孔的橫截面面積大于小空氣孔的橫截面面積。該傳感器借助于半圓形光子光纖減少損耗，利用雙層膜結構以及外部的橡膠，靈敏的將外界的壓力變化情況轉化為橡膠體積的改變進一步的改變介質的折射率再借助波的移動情況展現出來，從而達到精準測量外界氣壓的目的。

技術領域

本發明涉及微結構光纖技術領域，尤其涉及一種基于損失模式共振的微結構光纖傳感器。

背景技術

20世紀80年代，光纖作為一種優良的低損耗傳輸線開始進入人們的視線，而基于光纖作為波導的傳感器也變得如火如荼。光纖傳感器具有傳統傳感器所不可比的優點：具有抗磁干擾、電絕緣、防爆性能好、耐腐蝕、導光性能好、多參數測量、體積小、可嵌入等有點，容易組成傳感網絡，并接入因特網和無線網。近年來，提出了一系列表面等離子體共振(SPR)壓力光纖傳感器，金屬與介電界面之間的光相互作用將產生等離子體振蕩。采用光纖SPR傳感器進行壓力檢測，最大靈敏度達到1.75×103nm/MPa。相比基于薩尼亞克干涉儀傳感器和光纖光柵傳感器,很明顯,SPR壓力傳感器都極大地提高了傳感器的靈敏度。然而，最近的研究表明，基于損失模式共振(LMR)的光纖傳感器比SPR傳感器有許多優點。有許多類型的金屬氧化物和聚合物可用于在光纖上產生LMR效應，如TiO2、ITO、PAH、PAA。此外，LMR光纖傳感器可以以多種方式制造與傳統光纖結構相比，基于光子晶體光纖的微結構光纖在設計和制造方面具有許多優勢。通過改變磁芯導模的幾何結構，調整磁芯導模的n_eff，滿足相位匹配條件。有許多類型的金屬氧化物和聚合物可用于在光纖上產生LMR效應，如TiO2、ITO、PAH、 PAA。此外，LMR光纖傳感器可以以多種方式制造。現有的LMR都是采用芯徑較粗的無芯光纖，光纖的機械性能和靈敏度有待于進一步改進。

發明內容

根據現有技術存在的問題，本發明公開了一種基于損失模式共振的微結構光纖傳感器，具體包括：微結構光纖，所述微結構光纖包括傳感區域，該傳感區域從內至外依次涂覆TiO₂薄膜、HfO2薄膜和橡膠，所述微結構光纖外表面兩側呈不同大小的半圓結構，所述微結構光纖結構的圓心處設置有多個空氣孔。

所述空氣孔包括六個大小相同的大空氣孔和一個小空氣孔，所述大空氣孔的橫截面面積大于小空氣孔的橫截面面積；其中六個大空氣孔以正六邊形排布設置，其中小空氣孔設置在正六邊形的中心處。

所述大空氣孔和一小空氣孔為圓形，其中大空氣孔的直徑為5nm-7nm，小空氣孔的的直徑為0.9nm-1.0nm。

所述TiO₂薄膜的厚度為110nm。

所述HfO2薄膜的厚度為40-50nm。

由于采用了上述技術方案，本發明提供的一種基于損失模式共振的微結構光纖傳感器，該傳感器借助于半圓形光子光纖減少損耗，利用雙層膜結構以及外部的橡膠，靈敏的將外界的壓力變化情況轉化為橡膠體積的改變進一步的改變介質的折射率再借助波的移動情況展現出來，從而達到精準測量外界氣壓的目的。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明傳感器的基于損失模式共振的微結構光纖傳感器的結構示意圖；

圖2為本發明實施例的示意圖。