[发明专利]一种基于随机反馈的外腔型光纤激光传感器

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感器领域，特别涉及了一种基于随机反馈的外腔型光纤激光传感器。

背景技术

光纤传感器的原理是利用光源的光经过光纤送入待测的环境中，由于环境的温度、湿度等因素导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等）发生变化，通过对这些变化进行分析，得到待测环境的参数。由于其较强的抗电磁干扰的性能，耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等优势得到了广泛的关注。现有的光纤传感器的光纤暴露在检测环境中，检测过程容易受到外界环境的影响。此外，现有光纤传感器对微小颗粒，尤其是低浓度下的微小颗粒不敏感，不能检测其浓度、大小等信息。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种基于随机反馈的外腔型光纤激光传感器，以减轻或消除外界环境对光纤传感器的影响，提高检测的精度和灵敏度。

为解决上述技术问题，本发明提出了如下技术方案：

本发明提供了一种基于随机反馈的外腔型光纤激光传感器，所述外腔型光纤激光传感器包括泵浦光源、激光耦合器件、填充型特种光纤、外腔结构和频谱-模场分析器件，其特征在于，所述外腔结构由十字形空芯玻璃管构成，所述十字形空芯玻璃管嵌套在所述填充型特种光纤上，所述空芯玻璃管和所述填充型特种光纤的接口处采用光学胶进行粘合密封，以构成随机光纤激光的谐振腔体；所述十字形空芯玻璃管包括上孔洞和下孔洞，待测样品通过所述上孔洞进入所述谐振腔中，从所述下孔洞流出，以保证所述谐振腔内的正常压强；所述泵浦光源产生光波，所述激光耦合器件将所述光波耦合进入所述填充型特种光纤，以激发随机激光；所述谐振腔体的输出光波耦合进入所述频谱-模场分析器件，以进行频谱和模场信息分析。

在一个实施例中，所述十字形空芯玻璃管的内径大于所述填充型特种光纤

根据权利要求1所述的基于随机反馈的外腔型光纤激光传感器，其特征在于，所述填充型光纤的包层部分由毛细管或光子晶体光纤组成，所述填充型光纤的纤芯部分可充入填充材料；所述填充材料由填充基质、增益介质和散射体混合而成。

在一个实施例中，所述填充基质为可固化的且折射率大于包层材料的液体紫外固化胶或硅树脂。

在一个实施例中，所述增益介质为若丹明6或NaYF4：Yb，Er。

根据权利要求3或4或5所述的基于随机反馈的外腔型光纤激光传感器，其特征在于，所述散射体为二氧化钛或纳米银颗粒。

在一个实施例中，所述增益介质为量子点、半导体材料。

本发明还提供了一种制备外腔型光纤激光传感器的方法，其特征在于，所述方法包括：

对光纤纤芯进行光照或加热，以固化所述光纤纤芯的填充材料，形成所述填充型特种光纤；

对所述填充型特种光纤进行打磨或熔融拉锥形成锥形结构，以在所述锥型结构区形成倏逝场；

将十字形空芯玻璃管嵌套在所述填充型特种光纤上，控制所述锥形结构恰好位于所述两个十字形孔洞处；

将所述十字形空芯玻璃管和所述填充型特种光纤的连接处用光学胶进行粘合密封，构成所述外腔型光纤激光传感器。

在一个实施例中，所述方法还包括：

将增益介质和散射粒子混合入可固化的、具有高折射率特性的紫外胶或者聚合物材料中，然后将混合物填充到空芯毛细管，以构成所述光纤纤芯。

与现有技术相比，本发明基于随机反馈的外腔型光纤激光传感器在倏逝场作用下可以检测低浓度下的微小颗粒，由此，增加了光纤传感器的灵敏度。此外，填充型光纤嵌套入十字形空芯玻璃管中，从而减轻或避免了外界复杂环境对填充型光纤的影响，由此，提高了光纤传感器的精度。

附图说明

图1所示为根据本发明的实施例的基于随机反馈的外腔型光纤激光传感器。

图2所示为根据本发明的实施例的外腔型光纤激光传感器的激光输出频谱图。

图3所示为根据本发明的实施例的制备外腔型光纤激光传感器的方法。

图1中：1.激光耦合器件，2.填充型的光纤，3.光学凝胶，4.外腔结构，5.锥形结构，6.添加待测样品的孔洞，7.频谱及模场等分析结构，8.待测样品流出的孔洞，9. 泵浦光源。

具体实施方式

以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明将结合一些具体实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。