[实用新型]基于光子晶体光纤的探头式折射率传感装置

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

光纤折射率传感器因其抗电磁干扰能力强、响应速度快、抗生化腐蚀、体积小、重量轻等优点在环境监测、食品安全、医药开发、临床检验等相关领域有重要的意义和用途。现有的光纤液体折射率传感器有很多，包括光纤光栅传感器，F-P腔光纤传感器，光纤微孔传感器等。光纤拉锥法是目前制作各类光纤器件的一种常用技术，兴起于20世纪80年代，发展至今，已经可以实现电脑软件控制拉锥，主要操作过程包括剥除涂覆层、加热熔融、拉伸成锥等步骤，在锥区激发高阶模式，实现光束的耦合,由于PCF与SMF是两种结构不同的光纤，熔接机无法自对对准，需要手动好设置参数后完成熔接，因此，参数的选择、熔接的手法对测量效果会产生很大的影响,否则会引入很大的损耗，或者干涉谱无法显示。在光纤对准时PCF与SMF的轴心产生偏移，以及端面的倾斜均可引入损耗;过熔塌陷拉锥法（Collapse of Intensified Fusion Splicing and Taper，CIFST）是在过熔塌陷法的基础上，在，使芯模与包层模在此耦合，增加一个光锥可以使传感探头中的干涉相长的次数增加一倍，有利于提高传感信号的信噪比。

实用新型内容

本实用新型提供一种基于光子晶体光纤的探头式折射率传感装置，可实现液体折射率的测量，具有结构简单，成本低廉，灵敏度高、易于分布式组网等特点。

本实用新型的传感探头中选用了武汉国家光电实验室拉制的单实芯纯石英光子晶体光纤，其参数规格如下:

表 单实芯纯石英PCF参数

实验所采用的光源为ASE宽带光源，输出波长范围为1520nm～1570nm，功率可调节；实验数据由横河AQ6370光谱分析仪采集，选取1550nm作为中心波长，测量精度为±0.02nm；探头式系统中的3dB耦合器采用2×2型，耦合系数为0.5；实验中采用的传感单元利用过熔塌陷拉锥法制备，熔接点塌陷并制成腰径扩大的双锥，设备与传感单元之间的连接均使用FC/PC连接器。

本实用新型采用下述技术方案：一种基于光子晶体光纤的探头式折射率传感装置，包括光源、3dB耦合器、PCF-MZI传感器探头、折射率匹配液和光谱分析仪，PCF-MZI传感器探头由光子晶体光纤（PCF）、镀银反射镜、单模光纤(SMF)组成，3dB耦合器一侧的两个端口分别通过单模光纤(SMF)a、b与光源和光谱分析仪连接，3dB光纤耦合器另一侧的两个端口分别与单模光纤(SMF)c和单模光纤(SMF)d的一端连接，单模光纤(SMF)c的另一端与光子晶体光纤（PCF）的一端熔接，所述光子晶体光纤（PCF）的另一端与短段单模光纤的一端熔接，形成两个凸锥，所述凸锥包括塌陷区和锥区，所述短段单模光纤的另一端设有镀银反射镜，所述单模光纤d与折射率匹配液连接。

所述单模光纤a、b与宽带光源和光谱分析仪的连接使用FC/PC连接器。

所述凸锥的塌陷长度为206.67um,锥腰宽为151.59um。

所述光子晶体光纤（PCF）中心位置是光锥的形状，锥区长度为1028um，锥区的最窄处直径为32um。

在PCF两端分别与SMF进行塌陷熔接，使两个熔接点形成腰径扩大的双锥，然后将其中一端的SMF切割成很短的一段，在其端面上制作镀银反射镜，最后在PCF的中心位置拉锥，制作成传感探头，最重要的工艺就是SMF与PCF之间的熔接以及对PCF的拉锥和封装，分别采用了过熔塌陷法和过熔塌陷拉锥法两种新型处理技术对PCF-MZI传感器探头进行了制作；

宽带光源发出的宽带光经过2进2出的3dB耦合器之后，被分为2束强度相同的光分别进入2根单模光纤中，其中一束经过SMF进入折射率匹配液被吸收，另一束经过SMF进入到PCF探头中，再反射镜中被反射回来，再次经过PCF探头，然后经过SMF入射到3dB耦合器中，被分为2束光，一束入射到ASE光源，被ASE光源自带的隔离系统隔离，另一束入射到光谱分析仪（OSA）中，形成干涉谱。其中PCF与SMF之间采用过熔塌陷法或者过熔塌陷拉锥法进行熔接，使SMF中的基模分成两路耦合到PCF的纤芯和包层，经过另一个塌陷点或者锥区时，两束光会合，由于两束光满足干涉条件，在会合点会发生干涉。经过反射镜反射再次经过塌陷区或锥区，发生多次干涉，最后回到单模光纤的纤芯，由光谱仪接收，形成总的干涉光谱，通过检测光谱的变化即可实现折射率的测量。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：