[發(fā)明專(zhuān)利]基于SPR的D型光子晶體光纖磁場(chǎng)敏感傳感裝置及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011298574.3
• 申請(qǐng)日: 2020-11-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112433183A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈濤;張智文;王韶峰;梁涵;楊添宇;姜金剛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01R33/032
• 分類(lèi)號(hào): G01R33/032
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.基于SPR的D型光子晶體光纖磁場(chǎng)敏感傳感裝置及方法，其特征在于，由寬帶光源(1)、偏振器(2)、流通池(3)、D型光子晶體光纖(4)、單模光纖(5)、光譜分析儀(6)和計(jì)算機(jī)(7)組成；所述光纖磁場(chǎng)敏感傳感裝置位于流通池內(nèi)，流通池內(nèi)有控制磁流體的入口(8)和出口(9)，外部有永磁體(10)；

所述D型光子晶體光纖(4)側(cè)面拋光表面涂覆銀摻雜氧化鋅薄膜，與所述D型光子晶體光纖(4)熔接的單模光纖(5)、涂覆銀摻雜氧化鋅薄膜的D型光子晶體光纖(4)一起構(gòu)成所述一種基于SPR的D型光子晶體光纖磁場(chǎng)敏感傳感裝置的探頭；

所述D型光子晶體光纖(4)包括：包層(15)、25個(gè)位于包層中的空氣孔；其特征在于，空氣孔(11)和空氣孔(12)以原點(diǎn)為中心分別旋轉(zhuǎn)20°、40°、60°、79°，再鏡像形成第一層空氣孔、第二層空氣孔；空氣孔(13)以原點(diǎn)為中心分別旋轉(zhuǎn)20°、40°，再鏡像形成第三層空氣孔；橢圓空氣孔(14)位于y軸(空)纖芯處；

所述D型光子晶體光纖(4)側(cè)面拋光表面涂覆銀摻雜氧化鋅薄膜的制備方法為：將60mL醋酸鋅無(wú)水乙醇溶液(0.015M)和30mL氫氧化鈉無(wú)水乙醇溶液(0.0225M)在燒杯中混合攪拌2小時(shí)，制得種子溶液；將純ZnO的種子溶液與300mL的硝酸鋅溶液(0.03M)和300mL的六甲基四胺溶液(0.03M)混合攪拌；通過(guò)混合和攪拌150毫升硝酸鋅(0.008M，0.0076M，0.0072M，0.0068M，0.0064M，0.006M)水溶液，150毫升硝酸銀(0.024M，0.0248M，0.0256M，0.0264M，0.0272M，0.028M)水溶液和六次甲基四胺300毫升(0.03M)溶液獲得不同濃度的Ag摻雜ZnO(60％～70％)納米材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SPR的D型光子晶體光纖磁場(chǎng)敏感傳感裝置及方法，其特征在于：所述D型光子晶體光纖(4)的包層空氣孔間距Λ為10-12μm，包層(15)直徑D為100μm，空氣孔(11)、空氣孔(12)和空氣孔(13)的直徑d₁、d₂和d₃分別為8.55-9.45μm、6.65-7.35μm、4.75-5.25μm；橢圓空氣孔(14)的短軸a和長(zhǎng)軸b分別為3μm和7μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SPR的D型光子晶體光纖磁場(chǎng)敏感傳感裝置及方法，其特征在于：所述D型光子晶體光纖(4)的包層材料為熔融石英，其折射率由Sellmeier公式定義。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SPR的D型光子晶體光纖磁場(chǎng)敏感傳感裝置及方法，其特征在于：所述磁流體為水基四氧化三鐵磁流體，通過(guò)水熱法制備，通過(guò)改變永磁體與磁流體距離，使磁場(chǎng)強(qiáng)度改變，進(jìn)而改變磁流體折射率，由阿貝折射儀測(cè)量。

5.基于SPR的D型光子晶體光纖磁場(chǎng)敏感傳感裝置及方法，其特征在于：采用堆疊-拉絲技術(shù)制備光子晶體光纖，然后在V型槽中進(jìn)行拋磨加工成D型光子晶體光纖，利用射頻磁控濺射方法可以得到所述的涂覆銀摻雜氧化鋅薄膜的D型光子晶體光纖；

所述的堆疊-拉絲技術(shù)為：首先對(duì)石英套管進(jìn)行預(yù)處理，在超凈環(huán)境下按照參數(shù)拉制毛細(xì)管，拉制溫度為1900℃-2000℃，之后對(duì)毛細(xì)管兩端用氫氧焰進(jìn)行拉錐封孔，在石英套管中將毛細(xì)管按照設(shè)計(jì)要求堆積形成所需的結(jié)構(gòu)，用純石英棒對(duì)空隙進(jìn)行填充，利用氧炔火焰將石英套管與毛細(xì)管燒結(jié)在一起，在拉絲塔上使用兩次拉絲技術(shù)制成光子晶體光纖；

所述的基于SPR的D型光子晶體光纖磁場(chǎng)敏感傳感裝置及方法，其傳輸路徑如下：所述寬帶光源(1)經(jīng)過(guò)偏振器(2)變成y偏振光，通過(guò)流通池(3)傳輸?shù)紻型光子晶體光纖(4)，由D型光子晶體光纖(4)輸出由單模光纖(5)輸入至光譜分析儀(6)，光譜分析儀(6)的輸出端連接計(jì)算機(jī)(7)，其特征在于：

所述銀摻雜氧化鋅薄膜表面激發(fā)的等離子體波波矢與入射光場(chǎng)的波矢在特定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)達(dá)到相位匹配，發(fā)生耦合，出現(xiàn)共振損耗峰；表面等離子體共振(SPR)對(duì)介質(zhì)環(huán)境十分敏感，磁流體折射率RI變化會(huì)使共振條件發(fā)生變化，導(dǎo)致共振損耗峰發(fā)生明顯變化，可以實(shí)現(xiàn)高靈敏度、實(shí)時(shí)性探測(cè)。在磁流體折射率RI為1.40-1.41時(shí)，所述的一種基于SPR的D型光子晶體光纖磁場(chǎng)敏感傳感器達(dá)到最大靈敏度6000nm/RIU，分辨率為1.667×10^-5RIU。