[發明專利]一種折射率溫度同時測量的光纖傳感器及制備方法

有效

• 申請號: 202110075616.5
• 申請日: 2021-01-20
• 公開（公告）號: CN112665658B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 張亞勛;劉威;劉志海;張羽;楊軍;苑立波
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G01N21/41;G01K11/32;G02B6/255
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本發明公開了一種折射率溫度同時測量的光纖傳感器及制備方法，包括雙包層光纖、輸入光纖和輸出光纖，輸入光纖和輸出光纖分別與雙包層光纖兩端焊接連接；所述雙包層光纖由外至內依次為高折射率包層、低折射率包層和纖芯，雙包層光纖端面具有高?低?高折射率分布，將雙包層光纖中部通過熔融拉錐技術制成錐形光纖，錐形光纖表面沉積一層金膜且金膜厚度滿足產生SPR現象；錐形光纖外層高折射率包層通道產生SPR現象，內層高折射率纖芯通道產生模間干涉。本發明制作簡單，成本低，交叉串擾小，在折射率傳感領域具有較大的競爭力和應用前景。

技術領域

本發明涉及一種光纖傳感器及制備方法，特別是一種折射率溫度同時測量的光纖傳感器及制備方法，屬于光纖傳感技術領域。

背景技術

折射率作為一個基本的光學參量，它的測量在各個領域都有著巨大的用途。至今，已有許多技術應用于折射率傳感。其中，基于光纖的折射率傳感技術由于其結構緊湊，成本低，抗電磁干擾，可遠程測量等優點，被廣泛應用于生物、醫藥、化學等領域。2017年，ZhewenDing等人利用無芯光纖拉錐的方式(Z.W.Ding,et?al.,Journal?of?LightwaveTechnology,2017,35(21):4734-4739.)，在光纖錐區同時激發SPR和模間干涉，實現了高動態范圍折射率測量，當折射率在1.33-1.391內，SPR的靈敏度達到2238.4nm/RIU；當折射率大于1.391時，模間干涉取代SPR成為測量折射率的主要手段，靈敏度為866.1nm/RIU。然而折射率的測量往往伴隨著外界溫度的變化，溫度改變導致折射率改變，因此需要實現折射率溫度同時測量，消除溫度干擾獲得更精確的折射率測量。為了實現以上目的，Lecheng?Li等人采用了馬赫-澤德干涉的方案(L.Li,et?al.,Sensors?and?Actuators?A:Physical,2012,180:19-24.)，利用異質芯結構產生芯徑不匹配，致使傳輸光沿細芯光纖包層和纖芯傳輸，并于輸出端產生馬赫-澤德干涉用于對外界溫度和折射率同時測量。但該結構使用馬赫-澤德干涉單通道多參量傳感，容易引起溫度和折射率交叉敏感，必須開發復雜的解調技術解決交叉串擾的問題，限制了此類傳感器的應用。

為解決交叉串擾問題，引入了多通道光纖傳感技術，通過多通道分離傳感參量，實現通道間的獨立傳感測量，有效減小交叉串擾。2016年，Tao?Hu等人將布拉格光柵(FBG)與SPR傳感技術結合(T.Hu,Y.Zhao,et?al.,Sensors?and?Actuators?B:Chemical,2016,237:521-525.)，通過在FBG兩端焊接多模光纖，產生芯徑不匹配，并在FBG表面沉積金膜，利用包層模激發SPR，通過FBG測得溫度靈敏度為172pm/℃，分辨率為0.01℃；通過SPR測得折射率靈敏度為2556.8nm/RIU，分辨率為0.2×10-⁶RIU，實現了對外界溫度和折射率同時測量。雖然該結構具有較高的靈敏度和分辨率，但是FBG的加工制作較為復雜，增加了檢測成本，而且FBG由單模光纖獲得，具備單一波導無法分離傳感參量和有效避免交叉串擾。因此，如何進一步解決交叉串擾問題以及降低檢測成本，成為光纖SPR傳感器領域亟待解決的問題。

發明內容

針對上述現有技術，本發明要解決的技術問題是提供一種制作簡單，結構緊湊，響應靈敏，避免多參量測量交叉串擾，可用于同時測量折射率溫度的光纖傳感器及制備方法。

為解決上述技術問題，本發明的一種折射率溫度同時測量的光纖傳感器，包括雙包層光纖、輸入光纖和輸出光纖，輸入光纖和輸出光纖分別與雙包層光纖兩端焊接連接；所述雙包層光纖由外至內依次為高折射率包層、低折射率包層和纖芯，雙包層光纖端面具有高-低-高折射率分布，將雙包層光纖中部通過熔融拉錐技術制成錐形光纖，錐形光纖表面沉積一層金膜且金膜厚度滿足產生SPR現象；錐形光纖外層高折射率包層通道產生SPR現象，內層高折射率纖芯通道產生模間干涉。

本發明還包括：

1.輸入光纖采用階躍多模光纖，采用對芯焊接。

2.輸入光纖為雙芯光纖，采用錯芯焊接。