[实用新型]一种基于侧边抛磨渐变折射率光纤的氢气传感装置

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤氢气传感技术领域，具体涉及一种基于侧边抛磨渐变折射率光纤 的氢气传感装置。

背景技术

氢能是引起发达国家普遍重视的零污染的新能源。一般条件下，空气中的氢气含量处 于4％～74.4％时，极易被引燃和发生剧烈爆炸。因此，防爆、可靠、高灵敏度的氢敏传感器 具有重要的研究价值。全光传感检测本质防爆，具有较强的抗干扰能力，是氢敏传感器的主 要研究方向。

表面等离子共振(SurfacePlasmonResonance，SPR)传感技术是先进的光电传感技术， 能够达到10^-6RIU的灵敏度。光纤SPR传感装置体积小巧，结构多样，适合远程多点测量， 而且SPR信号不易受到机械结构、温度湿度等外界因素的干扰，研究潜力巨大。但SPR传感 头的制作工艺复杂，信号响应强度有限，易受系统自身噪声的影响。

渐变折射率光纤(自聚焦光纤)，纤芯折射率满足抛物线型的梯度分布，纤芯中心的 折射率最高，沿径向递减，光束在其中传播能自动聚焦而不发生色散。与全反射光纤相比， 渐变折射率光纤的光透过率更高，光能损失更小，在抑制光纤中混沌现象和增加传输距离方 面有重要应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于侧边抛磨渐变折射率光纤 的氢气传感装置，包层模在纤芯-氢敏感薄膜交界面发生表面等离子共振，氢敏感薄膜吸附氢 气浓度的变化改变其有效折射率，导致包层模反射回纤芯的能量改变，通过归一化出射光强 的漂移量检测氢气的浓度。

本实用新型通过以下技术方案实现：一种基于侧边抛磨渐变折射率光纤的氢气传感装 置，由半导体激光器(1)，第一GRIN透镜(2)，第一单模光纤(3)，渐变折射率光纤(4)， 氢敏感薄膜(5)，第二GRIN透镜(6)，第二单模光纤(7)，光功率计(8)，恒温气室(9) 组成，半导体激光器(1)出射端与第一GRIN透镜(2)紧密相连，半导体激光器(1)发射 的光束经第一GRIN透镜(2)耦合到第一单模光纤(3)纤芯，第一单模光纤(3)出射端与 渐变折射率光纤(4)入射端直接耦合相连，渐变折射率光纤(4)出射光束经第二GRIN透 镜(6)耦合到第二单模光纤(7)纤芯，第二单模光纤(7)出射端与光功率计(8)相连； 渐变折射率光纤(4)经过侧边抛磨后溅射氢敏感薄膜(5)形成敏感区，渐变折射率光纤(4) 与氢敏感薄膜(5)一起置于恒温气室(9)中。

所述的渐变折射率光纤(4)具体为纤芯折射率倒置分布的渐变折射率光纤，纤芯直 径约为400μm，入射端面与出射端面均经过抛光处理。

所述的渐变折射率光纤(4)采用轮式侧抛技术进行侧边抛磨去除部分包层和纤芯， 纤芯抛磨后剩余厚度为200μm～300μm，纤芯裸露长度为20mm；采用磁控溅射法在裸露的 纤芯上溅射氢敏感薄膜(5)，具体为膜厚40nm～200nm的Au/Pd薄膜或Ag/Pd薄膜。

本实用新型的工作原理是：所述的渐变折射率光纤(4)具体为纤芯折射率倒置分布 的渐变折射率光纤，由改进的化学气相沉积法制成，纤芯中心的折射率最低(n_center＝1.450)， 沿径向递增(n_a＝1.457)，其纤芯折射率n沿径向的分布可近似为