[發(fā)明專利]一種雙層聯(lián)結(jié)型液芯反諧振光纖及其溫度測量裝置和方法

有效

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• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113049138B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程同蕾;王啟明;李曙光;閆欣;張學(xué)楠;王方
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G02B6/02
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 馬海芳

1.一種雙層聯(lián)結(jié)型液芯反諧振光纖，其特征在于，該雙層聯(lián)結(jié)型液芯反諧振光纖包括外包層，以及設(shè)置在外包層內(nèi)的沿外包層內(nèi)側(cè)周向均布的6對以上的聯(lián)結(jié)孔；

所述的聯(lián)結(jié)孔為聯(lián)結(jié)管外管和聯(lián)結(jié)管內(nèi)管形成孔的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)，聯(lián)結(jié)管外管的外壁和外包層的內(nèi)壁相切，聯(lián)結(jié)管外管的外壁和聯(lián)結(jié)管內(nèi)管的外壁相切；聯(lián)結(jié)管內(nèi)管的中心位于聯(lián)結(jié)管外管中心和雙層聯(lián)結(jié)型液芯反諧振光纖中心的連線上；聯(lián)結(jié)管外管形成外層孔，聯(lián)結(jié)管內(nèi)管形成內(nèi)層孔；其中，外層孔半徑≥內(nèi)層孔半徑；

在聯(lián)結(jié)管內(nèi)管形成的內(nèi)層孔中，選擇1-2個(gè)孔填充易產(chǎn)生SPR的材質(zhì)，當(dāng)為2個(gè)填充易產(chǎn)生SPR的材質(zhì)的孔時(shí)，兩個(gè)填充易產(chǎn)生SPR的材質(zhì)的孔的中心連線和外包層的直徑重合；

在外包層、聯(lián)結(jié)管外管和聯(lián)結(jié)管內(nèi)管圍繞形成的不規(guī)則區(qū)域填充液體作為液芯，填充液體受溫度影響折射率改變范圍的最大值小于光纖材質(zhì)折射率，且與光纖材質(zhì)折射率差大于0.05。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層聯(lián)結(jié)型液芯反諧振光纖，其特征在于，所述的易產(chǎn)生SPR的材質(zhì)為在輸入波長能夠產(chǎn)生SPR效應(yīng)的材質(zhì)；內(nèi)層孔填充易產(chǎn)生SPR的材質(zhì)為滿填充或填充一層，當(dāng)為填充一層時(shí)，層厚度為20nm-400nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙層聯(lián)結(jié)型液芯反諧振光纖，其特征在于，易產(chǎn)生SPR的材質(zhì)為金、銀、石墨烯中的一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層聯(lián)結(jié)型液芯反諧振光纖，其特征在于，聯(lián)結(jié)管外管的壁厚和聯(lián)結(jié)管內(nèi)管的壁厚均根據(jù)外包層、聯(lián)結(jié)管外管和聯(lián)結(jié)管內(nèi)管圍繞形成的纖芯區(qū)域中填充液體且未填充易產(chǎn)生SPR的材質(zhì)的反諧振光纖傳輸輸入光的工作波段進(jìn)行設(shè)置，具體設(shè)置關(guān)系式為：

t_m為該諧振階數(shù)下的內(nèi)管和外管的壁厚，單位為微米，λ為諧振波長，單位為1，m為諧振階數(shù)，n₁為液芯的折射率，n₀為光纖材質(zhì)的折射率。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層聯(lián)結(jié)型液芯反諧振光纖，其特征在于，雙層聯(lián)結(jié)型液芯反諧振光纖的光纖材質(zhì)為能夠產(chǎn)生反諧振效果的材質(zhì)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層聯(lián)結(jié)型液芯反諧振光纖，其特征在于，光纖材質(zhì)為石英玻璃、稀土摻雜玻璃、硫化物玻璃、碲化物玻璃中的一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層聯(lián)結(jié)型液芯反諧振光纖，其特征在于，液芯的液體為折射率溫度系數(shù)大的液體。

8.一種雙層聯(lián)結(jié)型液芯反諧振光纖的溫度測量裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述的雙層聯(lián)結(jié)型液芯反諧振光纖，還包括光源、輸入光纖、輸出光纖和信號檢測分析部件，輸入光纖的一端和雙層聯(lián)結(jié)型液芯反諧振光纖的輸入端連接，光源設(shè)置在輸入光纖的另一端，輸出光纖的一端和雙層聯(lián)結(jié)型液芯反諧振光纖的輸出端連接，信號檢測分析部件和輸出光纖的另一端連接；

光源將其光入射到雙層聯(lián)結(jié)型液芯反諧振光纖；

信號檢測分析部件用于檢測雙層聯(lián)結(jié)型液芯反諧振光纖內(nèi)產(chǎn)生的諧振峰偏移，并對諧振峰隨溫度的偏移量進(jìn)行分析。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙層聯(lián)結(jié)型液芯反諧振光纖的溫度測量裝置，其特征在于，該雙層聯(lián)結(jié)型液芯反諧振光纖的傳輸帶寬和溫度檢測范圍，通過對液芯的液體、光纖材質(zhì)、填充易產(chǎn)生SPR的材質(zhì)進(jìn)行調(diào)整；

所述的輸入光纖為單模光纖，輸出光纖為多模光纖。

10.一種雙層聯(lián)結(jié)型液芯反諧振光纖的溫度測量方法，其特征在于，采用權(quán)利要求8所述的雙層聯(lián)結(jié)型液芯反諧振光纖的溫度測量裝置，包括以下步驟：

步驟1：啟動(dòng)設(shè)備

開啟雙層聯(lián)結(jié)型液芯反諧振光纖的溫度測量裝置中的光源和信號檢測分析部件，檢查信號檢測分析部件，確認(rèn)光路導(dǎo)通；

步驟2：初次使用時(shí)進(jìn)行標(biāo)定參數(shù)

將雙層聯(lián)結(jié)型液芯反諧振光纖放入恒溫箱中，逐步調(diào)節(jié)溫度從20℃至50℃，通過信號檢測分析部件測定對應(yīng)不同溫度下的諧振峰波峰位置，擬合出溫度與諧振峰波峰位置關(guān)系；

步驟3：檢測

(1)將雙層聯(lián)結(jié)型液芯反諧振光纖置于待測環(huán)境中；

(2)通過信號檢測分析部件測量諧振峰數(shù)據(jù)；

(3)通過信號檢測分析部件計(jì)算獲得諧振峰波峰位置，通過諧振峰波峰位置，結(jié)合擬合的溫度與諧振峰波峰位置關(guān)系，分析得到溫度，達(dá)到定量測量。