[發明專利]一種雙層聯結型液芯反諧振光纖及其溫度測量裝置和方法

有效

• 申請號: 202110294817.4
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113049138B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 程同蕾;王啟明;李曙光;閆欣;張學楠;王方
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G02B6/02
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 馬海芳

一種雙層聯結型液芯反諧振光纖及其溫度測量裝置和方法，屬于光學與激光領域。該雙層聯結型液芯反諧振光纖，包括外包層，以及設置在外包層內的沿外包層內側周向均布的6對以上的聯結孔；聯結孔的外層孔半徑≥內層孔半徑；在聯結管內管形成的內層孔中，選擇1?2個孔填充易產生SPR的材質；在中心區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折射率，且與光纖材質折射率差大于0.05。將該雙層聯結型液芯反諧振光纖和光源、輸入光纖、輸出光纖和信號檢測分析部件結合，形成溫度測量裝置，該光纖具有雙偏振項向上的各有3個以上的諧振峰，具有工作光譜寬，諧振強度高，測量靈敏度高的優點。

技術領域

本發明涉及光學與激光技術領域，具體涉及空芯微結構光纖和傳感技術領域，特別涉及一種雙層聯結型液芯反諧振光纖及其溫度測量裝置和方法。

背景技術

隨著技術發展，反諧振光纖已經成為了微結構光纖研究的前沿領域。反諧振光纖技術主要應用于激光傳輸、傳感，相對于傳統光纖技術，在傳輸方面具有傳輸損耗低、質量高、傳輸范圍廣，可以突破材質傳輸范圍限制等特點，在傳感方面由于其大空芯結構在氣體和液體檢測方面也有廣闊的應用前景，而且反諧振光纖能大幅度提光纖陀螺儀的穩定性。

現有的利用光纖進行溫度測量的裝置，通常利用光熱效應、SPR效應等方法，通過SPR效應法測溫，是對SPR諧振峰定位的來測量溫度，一般SPR效應法只有1-2個諧振峰。工作波段受到限制，諧振強度有限。

發明內容

本發明利用液芯材料隨溫度折射率變化與反諧振光纖諧振原理，提供了特別涉及一種雙層聯結型液芯反諧振光纖及其溫度測量裝置和方法。該光纖具有雙偏振項向上的各有3個以上的諧振峰，使其具有工作光譜寬，諧振強度高，測量靈敏度高的特點，可以應用于復雜和危險環境中，對于檢測技術發展有重要的意義。

本發明的一種雙層聯結型液芯反諧振光纖，包括外包層，以及設置在外包層內的沿外包層內側周向均布的6對以上的聯結孔；

所述的聯結孔為聯結管外管和聯結管內管形成孔的聯結結構，聯結管外管的外壁和外包層的內壁相切，聯結管外管的外壁和聯結管內管的外壁相切；聯結管內管的中心位于聯結管外管中心和雙層聯結型液芯反諧振光纖中心的連線上；聯結管外管形成外層孔，聯結管內管形成內層孔；其中，外層孔半徑≥內層孔半徑；

在聯結管內管形成的內層孔中，選擇1-2個孔填充易產生SPR的材質，當為2個填充易產生SPR的材質的孔時，兩個填充易產生SPR的材質的孔的中心連線和外包層的直徑重合，所述的易產生SPR的材質為在輸入波長能夠產生SPR效應的材質，優選為金、銀、石墨烯中的一種；

在外包層、聯結管外管和聯結管內管圍繞形成的不規則區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折射率，且與光纖材質折射率差大于0.05。

進一步的，聯結管外管的壁厚和聯結管內管的壁厚均根據外包層、聯結管外管和聯結管內管圍繞形成的纖芯區域中填充液體且未填充易產生SPR的材質的反諧振光纖傳輸輸入光的工作波段進行設置，具體設置關系式為：

t_m為該諧振階數下的內管和外管的壁厚，單位為微米，λ為諧振波長，單位為1，m為諧振階數，n₁為液芯的折射率，n₀為光纖材質的折射率；

采用該公式進行計算得到的該諧振階數下的內管和外管的壁厚，能夠保證光纖的工作波段和諧振波段不重合。