[发明专利]一种基于单模-多模-单模光纤锥头(SMST)的小型光纤折射率传感器

权利要求书

1.一种基于单模-多模-单模光纤锥头(SMST)的小型光纤折射率传感器，其特征在于，包括一个超连续宽带(SC)光源(1)、一个环形器(2)、一个单模-多模-单模光纤锥头(3)、一个光谱分析仪(4)；所述的单模-多模-单模光纤锥头(3)包括一根输入/输出单模光纤(5)、一根带有光栅结构(12)的多模光纤锥头(6)和镀在锥头端面作为反射镜的金膜(7)以及光纤包层(8)；

超连续宽带(SC)光源(1)、环形器(2)、单模-多模-单模光纤锥头(3)和光谱分析仪(4)构成一个小型光纤折射率传感器，一根输入/输出单模光纤(5)、一根带有光栅结构(12)的多模光纤锥头(6)、镀在锥头端面作为反射镜的金膜(7)和光纤包层(8)集成于一体，构成单模-多模-单模光纤锥头(3)；超连续宽带(SC)光源发出的波长在450nm—1800nm的光通过光纤(9)进入环形器(2)后，经光纤(10)到达单模-多模-单模光纤锥头(3)；在带有光栅结构的多模光纤锥头(6)的纤芯中，部分LP0m模会与光纤包层(8)中的高阶模在锥形区开始的位置发生耦合并在单模-多模-单模光纤锥头(3)中的周期性光栅结构(12)和金膜(7)处发生反射；反射回来的光通过光纤(10)传输到环形器(2)中，并从光纤(11)中传输到光谱分析仪(4)中，从而通过光谱分析仪(4)中测得外部介质折射率。

2.根据权利要求1所述的一种基于单模-多模-单模光纤锥头(SMST)的小型光纤折射率传感器，其特征在于，单模-多模-单模光纤样品中的多模部分是一段42mm长，数值孔径为0.22，纤芯半径为105μm的阶跃型折射率多模光纤。

3.根据权利要求1所述的一种基于单模-多模-单模光纤锥头(SMST)的小型光纤折射率传感器，其特征在于，单模-多模-单模光纤锥头(SMST)的直径约为3μm。

4.根据权利要求1所述的一种基于单模-多模-单模光纤锥头(SMST)的小型光纤折射率传感器，其特征在于，多模光纤锥头的尖端被聚焦离子束系统(FIB)切平。

5.根据权利要求1所述的一种基于单模-多模-单模光纤锥头(SMST)的小型光纤折射率传感器，其特征在于，多模光纤锥头被聚焦离子束(FIB)系统刻蚀成周期性光栅结构。

6.根据权利要求1所述的一种基于单模-多模-单模光纤锥头(SMST)的小型光纤折射率传感器，其特征在于，锥头端面镀有40mm金膜，以增强端面反射。

7.根据权利要求1所述的一种基于单模-多模-单模光纤锥头(SMST)的小型光纤折射率传感器，其特征在于，在超连续宽带(SC)光源输出端采用斜切的方式以防止光纤组件的背向反射对光源产生影响。

8.一种如权利要求1至7之一所述的基于单模-多模-单模光纤锥头(SMST)的小型光纤折射率传感器的测量折射率的工作方法，其特征在于：

利用单模-多模-单模光纤锥头的锥形过渡区和锥头区导模(即多模干涉)的有效折射率均受外部介质折射率影响的特性，通过检测输出信号光来得到外部介质的折射率；

超连续宽带(SC)光源发出的波长在450nm—1800nm的光通过光纤(9)进入环形器(2)后，经光纤(10)到达单模-多模-单模光纤锥头(3)；在多模光纤锥头(6)的纤芯中，部分LP0m模会与光纤包层(8)中的高阶模在锥形区开始的位置发生耦合，产生多模干涉并在光纤锥头中的周期性光栅结构(12)和金膜(7)处发生反射；反射回来的光通过光纤(10)传输到环形器(2)中，并从光纤(11)中传输到光谱分析仪(4)中；由于从光纤(11)输出到光谱分析仪(4)中的光的有效折射率会随着外部介质的折射率变化，而有效折射率与光的波长有关，从而可以从光谱仪中得到相应的波长信息中得到外部介质的折射率。