[发明专利]一种复合纤芯偏独孔导流开放式微结构光纤

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测用开放式微结构光纤结构，具体涉及一种用于气液流体实时传感领域、可提高检测光场与被测物质交叠、兼容侧向打磨加工工艺、具有较好微导流性能、较低非线性系数和较大加工余度的复合纤芯偏独孔导流开放式微结构光纤。

背景技术

随着工业、医学等领域的飞速发展，微结构光纤已经被越来越广泛地应用于气液传感领域。在传统微结构光纤中，许多尺寸在波长量级的空气孔呈规则排布并沿轴向延长，构成了二维带隙结构，从而实现了对光场的控制。通过对这些空气孔尺寸、孔间距大小、纤芯处实体构造等进行有针对性的设计，可望获得灵活多样的光学传感特性。但是由于在没有辅助填充设备的条件下，被测气液物质对其结构的填充通常需要数分钟乃至数小时以上，所以其在实时传感领域的应用受限。

开放式微结构光纤是在传统微结构光纤基础上引入微流体导流结构，用以增强被测流体与光纤检测光场之间的重叠和相互作用效果，进而在保证高传感灵敏度的基础上提高其实时检测的能力。检测时将开放式微结构光纤置于被测物质中，令被测物质对其开放部分实时填充。开放式微结构光纤具有设计灵活、无需辅助填充设备、可实时传感，可望为未来气体、液体和生物医学等领域中高精度实时传感器设计提供一种新的方法。利用开放式微结构光纤，可以构造一元流体性态传感系统。通过使其网络化，预期可实现对流体性态断面或空间分布的数据采集。该类型的传感系统在易燃、毒性物质的监测领域有其独到的优势。

现阶段国际上的开放式微结构光纤可分为两类。第一类是基于类似纳米线结构的WW（Wagon Wheel）开放式微结构光纤，该结构设计较为简单，制备时采用聚合物或掺杂石英玻璃材料的二次成型方法。开放式结构通过在一次成型后得到的WW结构包层中使用微机械加工进行开槽获得。由于其必须在拉制过程中保留较厚的包层以提供对内核的支撑，其开放结构中被测物质流动受限，使其传感实时性降低。WW微结构光纤的非线性系数较高，对传感过程也额外产生了一定程度的不利影响。WW微结构光纤可调整的参数较少，较难利用普通微结构光纤的设计方法。另外WW开放式微结构光纤的开放式结构加工需要引入较为复杂的微机械加工工艺，成品率低，难以与通常采用并且技术较为成熟的光纤侧向打磨工艺兼容。另一类开放式微结构光纤采用了传统的全内反射型微结构光纤设计，利用石英玻璃作为制造材料，结合二次成型法制备。在一次成型获得的微结构光纤上，利用侧向打磨工艺切去部分光纤包层，使位于纤芯处的光场能与周围被测物质获得更强的交叠，形成开放结构。该类型光纤为了保留一定的带隙结构用于限制光场，并受制于打磨工艺的局限，在加工过程中无法完全剔除残余包层的影响，另外由于结构设计的限制，这一类型的微结构光纤的光场分布为准对称形态，使光场在被测物质中的分布无法实现进一步的提升。在实际使用中通常需要令某一特定的偏振模式占优以便流体物质检测，而打磨型全内反射型微结构光纤设计也难以实现这一要求。

发明内容

本发明的目的是解决目前WW开放式微结构光纤导流特性不佳、无法兼容以往较成熟的微结构光纤设计方法与光纤侧向打磨加工工艺、加工复杂成品率低、非线性误差较大的缺点以及打磨型全内反射式微结构光纤光场-被测物质重叠性较差、打磨深度难于控制的缺点，提供一种结构简单并容易制作的开放式微结构光纤。

为了达到上述目的，本发明的技术方案提供了一种复合纤芯偏独孔导流开放式微结构光纤，包括纤芯和包层，包层兼容本领域成熟的全内反射型微结构光纤带隙包层等边三角形规则，其特征在于：在全内反射微结构光纤带隙结构的一侧，设置贯通其带隙包层的微流体导流孔，在纤芯处排布三个圆形小空气孔形成复合纤芯，并通过采用侧向打磨工艺引入开放结构。

本发明提供的一种复合纤芯偏独孔导流开放式微结构光纤通过在包层带隙区引入了导流孔，较大程度地提升了被检测流体物质的流动速度，提升了检测的实时性效果。开放式结构的成型通过利用较成熟的光纤侧向打磨工艺实现，且由于导流孔几何尺寸较大，在加工时有一定的加工余度。三孔复合纤芯的引入对光场形成了较大的束缚作用，提高了检测光场在被测物质中的分布。同时该微结构光纤具有较低的非线性系数，不易在检测过程中引入非线性误差。

综上所述，本发明提供的一种复合纤芯偏独孔导流开放式微结构光纤具有制作简单、便于实现、实时传感效能优异的特点，可以用于光纤气液流体实时传感及相关领域。

附图说明

图1为本发明提供的一种复合纤芯偏独孔导流开放式微结构光纤完成初次拉制成型后获得的待打磨基材示意图；

图2为在图1所示的初次成型基材上经由侧向打磨，得到的复合纤芯偏独孔导流开放式微结构光纤最终成品示意图；