[实用新型]一种基于光子晶体光纤的折射率传感器

说明书

技术领域

 本实用新型属于光子晶体光纤传感技术领域，涉及一种基于光子晶体光纤的折射率传感器。

背景技术

近年来，随着科技的进步，人们对传感器的要求越来越来高，光纤传感器以其本身优点在科研和工业应用中一直占有重要的地位。

在传统的光纤传感器应用中，包括长周期光纤光栅传感器和布拉格光纤光栅传感器等，由于其具有对环境温度的敏感性，对折射率等物理量传感时交叉影响较为严重，将导致传感精度不理想。同时，传统光纤传感器只能用于测量折射率小于包层的液体，在对高折射率液体的测量中将失效。

光子晶体光纤(PCF)是一种新型光纤且具备优良的光学特性，在其包层中分布着周期性排列、沿光纤轴向伸展的空气孔,可以通过灵活改变空气孔的大小、形状、位置分布来设计出具有各种特殊性质的PCF。光子晶体光纤具有很好的结构特性和模式特性，可以实现对温度、应力、环境折射率和弯曲等物理量的传感。光子晶体光纤传感器不仅与传统光纤传感器一样，具有精度高、传感范围大和抗外界干扰等优点，还具有对环境温度的不敏感性，并且可用于测量高折射率液体以及高传感精度的微量检测。现已实现了多种基于光子晶体光纤的传感器。但是，目前的报道都是通过使用宽带光源和光谱仪检测谐振波峰（谷）的波长变化来实现对应力或温度的传感。

在综上所述的研究中，现有传感技术较少涉及对对高折射率液体的测量领域，限制了光纤传感器的应用范围。

发明内容

本实用新型针对传统光纤折射率传感器对高折射率液体测量失效、耗费待测液体等问题，提供了一种可用于高折射率液体微量测量的特殊结构的光子晶体光纤，并进一步提供了基于该光子晶体光纤的折射率传感器。

本实用新型解决技术问题所采取的技术方案为:

本实用新型的第一种技术方案：一种基于光子晶体光纤的折射率传感器，包括光源、单模光纤、光子晶体光纤和图像传感器。光源的输出端与单模光纤的一端光连接，单模光纤的另一端与光子晶体光纤的一端光连接，光子晶体光纤的另一端正对图像传感器。

本实用新型的第二种技术方案：一种基于光子晶体光纤的折射率传感器,包括宽带光源、单模光纤、光子晶体光纤、第一3dB光纤耦合器、第二3dB光纤耦合器和光谱仪。宽带光源与第一3dB光纤耦合器一侧的一个端口光连接，第一3dB光纤耦合器另一侧的两个端口分别与光子晶体光纤的一端、单模光纤的一端光连接；光子晶体光纤的另一端、单模光纤的另一端分别与第二3dB光纤耦合器一侧的两个端口光连接，第二3dB光纤耦合器另一侧的一个端口与光谱仪光连接。

上述两种技术方案中所述的光子晶体光纤包括纤芯、空气孔层和包层；所述的纤芯内部中空，纤芯的折射率为1，纤芯直径为10μm；所述的空气孔层位于包层中且至少有一层空气孔层，每层空气孔层围绕纤芯中心分布，每层空气孔层呈正六边形，所述的空气孔层由多个空气孔组成，每个空气孔的折射率为1，空气孔的直径为10μm，相邻空气孔的孔间距与空气孔的直径相同；所述的包层材料为二氧化硅。

所述的纤芯与最内层空气孔层中空气孔的最小中心距为17.32μm，所述的纤芯与最内层空气孔层中空气孔的最大中心距为20μm。

本实用新型所具有的有益效果为：利用传感精度高的光子晶体光纤折射率传感装置，使得本实用新型对不同折射率液体测量的灵敏度提高，尤其是能应用于对高折射率液体的微量测量。采用可见光CMOS图像传感系统显示峰值功率变化，使折射率传感器的成本大大降低；采用光谱仪检测峰值波长移动，使测量方法简单、方便、快捷，大大增强了传感器的实用性。

附图说明

图1为本实用新型中光子晶体光纤结构示意图。

图2为本实用新型第一实施例结构示意图。

图3为本实用新型第二实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步描述。

图1示出了本实用新型中光子晶体光纤的结构，包括纤芯1、空气孔层2和包层3。纤芯1的内部中空，纤芯1的折射率为1，直径为10μm。空气孔层2位于包层中，本实施例中的空气孔层共有三层，每个空气孔层2由多个空气孔构成，呈空气孔层2呈正六边形并以纤芯为中心。每个空气孔的折射率为1，直径为10μm，相邻空气孔的孔间距与空气孔的直径相同。包层3材料为二氧化硅，折射率为1.45。纤芯与最内层空气孔层中空气孔的最小中心距d为17.32μm，最大中心距m为20μm。