[实用新型]一种基于拉锥及灌注型光子晶体光纤的折射率传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于光纤拉锥及溶液灌注的光子晶体光纤折射率传感器。

背景技术

折射率测量是工程上测量物质浓度的重要方法之一，其测量方法有激光照射法、杨氏干涉法以及阿贝折射率仪法。但是，激光照射法和杨氏干涉法对实验操作和仪器的稳定性要求很高；阿贝折射仪测量方法其测量精度虽然高，但测量范围受反射棱镜折射率限制，并且不能在恶劣环境下使用。

光纤传感器有许多独特的优点，如对电磁干扰不敏感，灵敏度高，体积小，抗腐蚀，可应用于各种不同的环境中。用光纤作为折射率测量媒介的机理多种多样，而基于光纤布拉格光栅或长周期光纤光栅的折射率传感器以其较简单的原理一采用外界环境折射率变化引起的波长漂移量进行解调即可得到折射率信息，而受到人们的重视。然而，光纤布拉格光栅折射率传感器的灵敏度比较低，无法应用于高灵敏折射率测量领域，同时监测要用到光谱仪等价格昂贵的仪器；长周期光纤光栅折射率传感器由于其对弯曲的极度敏感性，在折射率测量过程中极易引入无法预见的干扰，因此对测量条件要求非常高。

光子晶体光纤是一种新型光纤，其包层中沿轴向周期性排列着波长量级的空气孔，具有二维光子晶体结构。通过对这些空气孔的大小、分布的灵活设计，可以实现不同的功能。本实用新型就是先将光子晶体光纤拉锥，并在光子晶体光纤包层的空气孔中灌注待测溶液来实现折射率传感测量。此外，光子晶体光纤的空气孔直径均为波长量级，向空气孔中灌注待测溶液易于实现微量检测，在生物、化学领域有重要意义，这是传统的折射率测量方法和传统的光纤折射率传感器无法实现的。

发明内容

本实用新型目的就是针对现有光纤折射率传感器存在的价格昂贵、灵敏度不高的缺点，提出了一种体积小、结构紧凑、价格便宜、灵敏度高并且传感性能稳定、适于微量检测的基于拉锥及灌注型光子晶体光纤的折射率传感器。

本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案是：

一种基于拉锥及灌注型光子晶体光纤折射率传感器，包括宽带光源、光纤耦合器(分光比为50∶50)、单模光纤、光纤准直器、光子晶体光纤、V型槽、PIN结、差分运算器。

宽带光源与光纤耦合器连接，经过分光比为50∶50的光纤耦合器将光分为两路，一路做为测量光路，经光纤耦合器的一个输出端口与单模光纤一端光连接，单模光纤另一端光连接到光纤准直器，光子晶体光纤固定在V型槽上，出射光经过另一个光纤准直器耦合进入第二根单模光纤的一端，该单模光纤的另一端与一个PIN结光连接，并将转换后的信号输入差分运算器的一个输入端口；另一路做为参考光路，直接将光纤耦合器的这个输出端与另一个PIN结通过单模光纤相连接，并将转化后的信号接入差分运算器的另一个输入端。

本实用新型中，光子晶体光纤作为传感头要经过预处理。首先将光子晶体光纤拉锥处理，然后利用毛细管效应在光子晶体光纤的空气孔中灌入待测溶液，具体灌注方法可参考文献：Y.Y.Huang，Y.Xu，Amnon Yariv，“Fabrication of functional microstructured optical fibersthrough a selective-filling technique，”Applied Physics Letters，Vol.85，No.22，2004。

本实用新型所具有的有益效果为：

1.光纤拉锥处理后的光子晶体光纤使得束腰部分纤芯变细，在纤芯传输光的有效模场面积相对变大，包层相对折射率的变化对光的传输影响较大。因此灌入待测溶液会引起空气孔中折射率变化，从而导致包层相对折射率变化，使在纤芯传输的光极易扩展到包层，导致纤芯中传输光的能量减少，通过透射光能量的变化就可以解调出折射率信息。

2.分光比为50∶50的光纤耦合器将光分为两路，一路为测量光路，一路为参考光路，参考光路的引入可以避免光源抖动对测量结果造成的影响，提高测量精度。

3.在传感测量装置中引入PIN结和差分运算器等光电器件，不必再使用光谱仪观察波长移动来解调并得到折射率信息，只需读出差分运算器输出端输出值即可解调，极大降低了传感设备的成本。

4.整个传感测量装置具有结构紧凑，体积小，价格便宜，精度高，便于微量检测等优点，可广泛应用于各种折射率检测领域。

附图说明

图1为本实用新型的装置结构图；

图2为本实用新型中光子晶体光纤传感头的示意图；

图3为光子晶体光纤端面结构图。

具体实施方式