[發(fā)明專(zhuān)利]一種光纖折射率傳感器及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010123735.9
• 申請(qǐng)日: 2020-02-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111257284A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王婷婷;孫家程;戴洋
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/45
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/45;G02B6/245;G02B6/25;G02B6/255
• 代理公司: 南京蘇高專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開(kāi)了一種光纖折射率傳感器及其制備方法，該傳感器從左到右依次為輸入單模光纖、多模光纖和拉錐單模光纖光纖與光纖之間通過(guò)熔接連接，形成單模?多模?拉錐單模光纖結(jié)構(gòu)，其中，拉錐單模光纖是將單模光纖去除涂覆層，并將兩端切割平整，與多模光纖熔接，再進(jìn)行拉錐操作，并提供該傳感器的制備方法，本發(fā)明的傳感器制作成本低、減小了傳輸損耗、制作簡(jiǎn)單，提高了傳感器的靈敏度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種傳感器及其制備方法，尤其涉及一種光纖折射率傳感器及其制備方法，屬于光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光纖傳感器因其耐高溫、耐腐蝕、結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高等優(yōu)勢(shì)被更多的深入研究。在眾多物理量中，折射率作為重要參數(shù)，在化學(xué)分析、光學(xué)研究、生物醫(yī)學(xué)、食品制造與檢測(cè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。到目前為止，已發(fā)展出基于光纖邁克爾遜干涉儀、馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x、光纖布拉格光柵、長(zhǎng)周期光纖光柵、Fabry-Perot干涉儀、光纖環(huán)形諧振器等多種類(lèi)型的光纖折射率傳感器。目前，光纖傳感器存在著制作工藝復(fù)雜，制作過(guò)程有安全風(fēng)險(xiǎn)以及制作材料成本較高等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的第一目的旨在提供一種靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉的光纖折射率傳感器，本發(fā)明的第二目的旨在提供該傳感器簡(jiǎn)單、安全的制備方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明的光纖折射率傳感器，從左到右依次為輸入單模光纖、多模光纖和拉錐單模光纖，光纖與光纖之間通過(guò)熔接連接，形成單模-多模-拉錐單模光纖結(jié)構(gòu)，其中，拉錐單模光纖是將單模光纖去除涂覆層，并將兩端切割平整，與多模光纖熔接，再進(jìn)行拉錐操作。

進(jìn)一步地，輸入單模光纖去除涂覆層，并將兩端切割平整，然后與多模光纖熔接。

進(jìn)一步地，多模光纖去除涂覆層，并將兩端切割平整，然后與輸入單模光纖熔接。

進(jìn)一步地，輸入單模光纖的長(zhǎng)度為5-8cm，多模光纖長(zhǎng)度為600-1000um。

進(jìn)一步地，拉錐單模光纖包括傳輸單模光纖區(qū)、第一錐形過(guò)渡區(qū)、錐腰區(qū)、第二錐形過(guò)渡區(qū)和輸出單模光纖區(qū)，傳輸單模光纖區(qū)長(zhǎng)度為5-7cm，第一錐形過(guò)渡區(qū)和第二錐形過(guò)渡區(qū)的長(zhǎng)度為3.6-4.2mm，錐腰區(qū)長(zhǎng)度為800-1000um，輸出單模光纖區(qū)長(zhǎng)度為5-8cm。

本發(fā)明的單模-多模-拉錐單模光纖結(jié)構(gòu)，包括將高斯光束進(jìn)行輸入的單模光纖、將輸入光束激發(fā)出更多高階模式的多模光纖和進(jìn)行光束傳輸及增強(qiáng)倏逝場(chǎng)的拉錐單模光纖，來(lái)測(cè)量液體的折射率，錐區(qū)以提高靈敏度。高斯光源發(fā)出的光通過(guò)輸入光纖進(jìn)入多模光纖，激發(fā)出的高階模一部分經(jīng)單模光纖的纖芯傳輸，一部經(jīng)單模光纖包層傳輸，最后經(jīng)拉錐單模耦合進(jìn)入單模光纖中。因包層折射率和纖芯折射率的不同，產(chǎn)生相位差，形成干涉。隨著外界液體折射率的變化，引起拉錐單模包層有效折射率的變化，干涉譜發(fā)生藍(lán)移，達(dá)到測(cè)定液體折射率的目的。

本發(fā)明的多模光纖去除涂覆層，并將兩個(gè)端面切割平整與輸入單模光纖熔接，以此激發(fā)輸入光纖中輸入光的高階模，從而使得光束向后傳輸時(shí)，分別經(jīng)單模光纖的包層和纖芯傳輸，產(chǎn)生相位差。

本發(fā)明將單模光纖先去除涂覆層，將光纖兩端切割平整，與多模光纖熔接。再對(duì)單模光纖進(jìn)行拉錐操作，增強(qiáng)高階模式倏逝場(chǎng)，使得拉錐單模光纖對(duì)外界折射率的變化更為敏感。

本發(fā)明光纖折射率傳感器的制備方法，包括如下步驟：

(1)去除兩段普通單模光纖和一段多模光纖的涂覆層并對(duì)光纖進(jìn)行清潔處理，再將光纖兩端切割平整，對(duì)第一段單模光纖和多模光纖進(jìn)行熔接，制得單模-多模光纖結(jié)構(gòu)；

(2)將已熔接的多模光纖放置于顯微鏡下，切取所需的長(zhǎng)度，再與第二段單模光纖進(jìn)行熔接；

(3)將熔接好的三段光纖固定，利用氫氧焰加熱對(duì)第二段單模光纖進(jìn)行拉錐操作。

進(jìn)一步地，步驟(1)中清潔后用酒精棉將三段光纖擦凈，清潔在超聲波清洗機(jī)中進(jìn)行。