[發明專利]一種基于干涉陣列的光纖紫外傳感裝置及實現方法

有效

• 申請號: 202011302619.X
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112432912B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 馮月;陳姣姣;沈濤;劉馳;恭艾娜;王振家;梁涵;宋明歆;姜金剛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01N21/33
• 分類號: G01N21/33;G01N21/41;G01N21/45;G01N21/01
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本發明專利提供了一種基于干涉陣列的光纖紫外傳感裝置，它包括ASE光源(1)、光纖耦合器(2)、傳感單元(3)、紫外光(4)、光電轉換器(5)、信號處理模塊(6)。本發明專利通過光纖進行傳感，利用納米材料折射率和載流子濃度的關系以及微納光纖倏逝場傳感原理，使ASE光源發出的光在傳感單元錐區產生干涉光譜，通過對干涉光譜的檢測，測量外界紫外光強的變化，并且通過信號處理模塊，實現數字輸出，達到可以在計算機上顯示的目的。本發明降低了傳感單元的尺寸，增加了傳感的靈敏度，是傳感裝置能夠長期穩定運行。同時可以在主機上輸出，實現了對紫外光強的實時監測。

技術領域

本發明屬于光纖傳感領域，具體涉及一種基于干涉陣列的光纖紫外傳感裝置。

背景技術

紫外線的波長范圍為400nm～10nm，它是一種從可見光到X射線低能量沿的一類電磁波。根據波段不同劃分為三個區域，UVA、UVB和UVC。不同區域的紫外光對人類生產和生活均有不同的影響。基于紫外線在不同波長擁有的各種特性，紫外光探測技術被廣泛應用于各個領域，例如化學分析、環境分析、生物分析、光皮分析等，同時它的均是上也得到了大量應用，如紫外通信，紫外干擾，紫外制造等。隨著科技的快速發展，為了滿足人們生活和生產的需要，紫外光電檢測技術越來越受到人們的關注和深入研究，特別是在紫外傳感應用方面如何提高靈敏度、穩定性、抗干擾能力、反應速度等尤為重要。

紫外技術早在上世紀50年代就已經產生，但靈敏度低一直是紫外探測技術發展應用受到限制的重要原因。1992年，Khan等人成功的研制出第一個GaN基光導型紫外探測器。隨后在此基礎上，人們對改材料僅限修飾和改造，研究出了AlGaN紫外探測器(MCCLINTOCKR,MAYES K,YASAN A,et al.320×256 solar-blind focal planearraysbased on Al x Ga 1-x N[J].Applied Physics Letters,2005,86(1):011117.)。但是GaN存在成本高昂，輻射強，易損傷等問題。人們提出了與GaN基材料性能十分類似的ZnO作為新的紫外傳感材料，ZnO不僅比GaN造價便宜，其耐輻射損傷性也更強且紫外光敏性卻遠優于GaN。2008年，Jin等人設計了ZnO納米顆粒紫外光電探測器，獲得了61AW -1 的光響應度(JINY,WANG J,SUN B,et al.Solution-processed ultraviolet photodetectorsbased oncolloidal ZnO nanoparticles[J].Nano Letters,2008,8(6):1649-1653.)。此后紫外傳感技術迅猛發展，但是傳統的紫外探測技術仍然具有儀器脆弱、體積龐大、制作困難、成本高昂、抗性差等局限性。光纖紫外傳感器憑借耐腐蝕性強、抗干擾能力強、損耗小、制作簡單、成本低、穩定性好、靈敏度高、靈活性強等優點強勢活躍在紫外傳感的舞臺上。2018年，Seo等人設計了一種非蝕刻光纖布拉格光柵，在2.5mW/cm 2 紫外光強下獲得2.5nm最大波長漂移。光纖紫外傳感技術的探測原理主要是微納光纖和敏感材料相結合，為了設計出更高性能的紫外傳感裝置，敏感材料的選擇和設計也是也是十分重要的因素。研究人員發現純凈的納米材料，無論其性能多么的優越，人們生產生活對其日益提升的高需求，仍然存在著局限性。因此，在純凈的納米材料中摻入不同元素或者是和不同材料進行復合或者復合敏感材料，以達到對純納米材料改性使其變成更復合人們更需的新型納米ZnO材料。

因此，針對傳統紫外探測器和純納米材料靈敏性低，長期運行穩定性差，成本高，制作困難等問題，提出了一種靈敏度高，穩定性好，成本低廉，制作簡單，靈活性好的基于干涉陣列的光纖紫外傳感裝置。

發明內容

本發明為解決其技術問題所采用的技術方案如下：

技術方案：一種基于干涉陣列的光纖紫外傳感裝置，其特征在于：它包括ASE光源(1)、光纖耦合器(2)、傳感單元(3)、紫外光(4)、光電轉換器(5)、信號處理模塊(6)；