[發明專利]基于微納光纖耦合器的馬赫曾德干涉型光纖局放探測方法

有效

• 申請號: 202010655523.5
• 申請日: 2020-07-09
• 公開（公告）號: CN111896035B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 馮月;張大慶;唐明達;楊添宇;沈濤
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01R31/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了基于微納光纖耦合器的馬赫曾德干涉型光纖局放探測方法，該方法的系統包括依次連接的寬帶光源、光纖耦合器、微納光纖耦合器、光譜儀，并給出了其制作方法和探測方法。其中，微納光纖耦合器內包含一號單模光纖、二號單模光纖、ZnO納米棒；光纖耦合器和微納光纖耦合器之間通過光纖熔融的方式連接構成馬赫曾德干涉結構，采用水熱法制備ZnO納米棒材料涂覆在微納光纖耦合器上，基于馬赫曾德干涉原理，通過局部放電產生電弧，電弧輻射部分紫外光進行間接測量。本發明是為了解決在紫外探測領域中，現有紫外探測技術抗干擾能力弱、穩定性差、生產成本昂貴、制作復雜的問題，該系統具有高抗干擾能力、成本低易制作等特點。

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，具體涉及一種基于微納光纖耦合器的馬赫曾德干涉型光纖局放探測方法。

背景技術

微納光纖結合了納米技術和光纖技術，是目前各類納米量級光學器件的基礎。自上世紀八十年代開始，光纖光學領域的發展與進步，研究者們逐漸將普通光纖進行拉制到微米級別，本世紀開始才出現納米級別光纖。對于目前熱度極高的微納光纖就有高靈敏度，高傳感度等優良特性，是未來發展和討論的重要課題。

紫外探測技術，與傳統的激光探測技術和紅外探測技術相比有著顯著的優勢，被應用到許多領域中。在宇宙航空航天探測領域，紫外波的探測是必不可缺的一部分；在通訊領域，光電通訊已經在現如今的社會中融會貫通，其中紫外通訊系統擁有抗干擾能力強、非視距通訊、保密性好優點，給人們的生活帶來極大的便利；在民用生活領域，指紋在犯罪破案中是有力的證據之一，在罪犯作案的現場留下的指紋會經過紫外光的吸收散射以及反射的特點，借助現有技術可以大大提高檢測精讀。除此之外，在安全監測、災害預報等方面，紫外檢測技術都得到了廣泛的應用。

除了在光纖結構上的改良，在傳感單元上涂覆敏感材料也可大大提升傳感器的靈敏性能。目前，應用于傳感頭涂覆的敏感材料中過渡金屬氧化物、石墨烯等都備受青睞。因此，多樣而復雜的傳感頭結構配合著相互不同的敏感材料，結合實際情況可以大大提高傳感器性能。

發明內容

針對現有技術的缺陷以及改進需要，本發明提供了基于微納光纖耦合器的馬赫曾德干涉型光纖局放探測方法，其目的在于通過局部放電產生的紫外光間接測量，由此有效的解決了目前耦合器探測技術抗干擾能力弱、穩定性差的問題，以此制備出抗干擾能力強、高靈敏度的局放探測系統。

按照本發明的一方面，提供給了基于微納光纖耦合器的馬赫曾德干涉型光纖局放探測方法，其特征在于，該方法的系統包括依次連接的寬帶光源(1)、光纖耦合器(2)、微納光纖耦合器(3)、光譜儀(4)，其中：

所述的微納光纖耦合器(3)內包含一號單模光纖(3-1)、二號單模光纖(3-2)、ZnO納米棒(3-3)，微納光纖耦合器(3)一端連接光纖耦合器(2)另一端連接光譜儀(4)，微納光纖耦合器(3)作為接收局放產生的紫外光的傳感單元，光纖耦合器(2)另一端連接寬帶光源(1)；

所述的微納光纖耦合器(3)是由一號單模光纖(3-1)和二號單模光纖(3-2)熔融拉制而成，在錐區部分一號單模光纖(3-1)和二號單模光纖(3-2)相互存在模式耦合特性，其結構中包含的一號單模光纖(3-1)和二號單模光纖(3-2)分光比為0.3:0.7；

所述的光纖耦合器(2)中包含的兩個光纖之間分光比為0.3:0.7；

所述的探測方法為：光從寬帶光源(1)中被射入到光纖耦合器(2)并以0.3:0.7的分光比將光分成兩束，兩束光從2x2結構的微納光纖耦合器(3)的輸入端傳輸至錐形區域進行耦合，錐形區域均勻的包覆著ZnO納米棒(3-3)，當外界的紫外強度發生變化時，會引起敏感材料ZnO納米棒(3-3)的折射率產生變化，由于微納光纖耦合器(3)的模式耦合系數對折射率變化很敏感，因此通過對光譜儀(4)中光譜的紅藍漂移現象，可以間接得到微納光纖耦合器(3)對外界紫外強度變化的靈敏度，從而實現了對外環境下局放產生的紫外光的高靈敏檢測。