[发明专利]量子点介导的光纤信息检索系统和使用方法

说明书

本申请是国际申请日为2010年1月12日，进入国家阶段日为2011年7月12日的名称为“量子点介导的光纤信息检索系统和使用方法”的中国专利申请201080004414.1的分案申请。

技术领域

本公开通常涉及光纤，并且更具体地涉及用于工作的光纤的实时诊断分析的非侵入性传感机构。

背景技术

虽然光纤传输系统具有许多的优点，但其也存在一些有问题的方面。例如，(1)发射机功率承受较高的制造公差；(2)发射机功率随时间减小(取决于波长，从仅仅可探测至非常强)；(3)由塑料制成的光纤老化非常快，特别是在暴露于较强的温度波动下时；(4)通过频繁变化插头，光纤的触点表面出现刮痕，这额外增加了衰减；以及(5)接收机的灵敏度同样承受较高的制造公差。一个最糟糕的问题是由老化和减少的发射机功率提出的。光纤链路的故障可损坏整个系统，所述故障例如由于光纤的高衰减引起。

建立了几种不同的方法监控光纤传输系统的可用状态，从而探测这种问题。然而，目前的方法极端地复杂，具有侵入性，并且经常伴随通信操作的中断。例如，一种方法涉及机械施压和将光纤的裸露(无包层)部分相对于工作的纤维的无包层部分临界对准，以便通过渐逝波(evanescent wave)耦合来提取信息(即，通过借助渐逝的、按指数下降的电磁场使电磁波从一个介质发射到另一个介质的过程)。另一种方法涉及弯曲工作的纤维到足够使承载光波的被发射的信息落入纤维的逃逸锥(escape cone)，以便可通过诊断传感器检索到。

这样，有益的是具有一种非侵入性的光纤传感器，其用于对具有最小的中断和复杂度的信号和信息传输执行实时诊断。

发明内容

本公开涉及光学传感器设备以及该设备的使用方法，以便以简单的非侵入性的方式实时诊断工作的单模光纤通信系统。本公开的设备和方法同样不需要另一光纤的任何压紧配合或临界对准或弯曲该光纤以便为了耦合渐逝波而接触工作的纤维。

本公开的一个方面提供了能够被非侵入性地诊断的光纤，其包括用于传送光束的光纤；该光纤包括用于接收所述光束的第一末端和与之相对的第二末端、包括内壁的芯部和所述芯部周围的包层，该光纤进一步包括至少一个无包层部分，该无包层部分包括分散在介质中的多个量子点，其中所述量子点变为由渐逝波耦合来激活，所述渐逝波耦合由接触光纤的芯部的内壁的所述光束的全内反射(total internal reflection)引起，并且其中该激活导致光从量子点发射。

在一个实施例中，多个量子点包括能带隙，该能带隙低于光束的能带隙。在另一个实施例中，将量子点调谐到发射红外光。

本公开的另一个方面提供了一种用于非侵入性且实时诊断光纤的系统，该系统包括用于传送光束的光纤，该光纤包括用于接收所述光束的第一末端和与之相对的第二末端、包括内壁的芯部和所述芯部周围的包层，所述光纤进一步具有至少一个无包层部分，其中该无包层部分包括分散在介质中的多个量子点；将光束注入光纤的第一末端的光源；用于探测由多个量子点发射的光的探测设备；和可操作地连接到探测器的用于分析被探测的光的分析装置。

本公开的另一个方面提供了一种非侵入性地诊断光纤的方法，该方法包括将包含分散在其内的多个量子点的介质置于光纤的无包层部分上；将光束注入光纤的一个末端；以及探测从由渐逝波耦合激活的量子点发射的任何光，所述渐逝波耦合由接触光纤的芯部的内壁的光束的内部反射引起。

通过随后的讨论和所附的权利要求将更充分地使各种其他方面、特征和实施例变得显然。已经讨论过的特征、功能和优点可在本公开的各种实施例中独立实现，或者也可结合其他实施例，所述实施例的更多细节参考下面的说明和附图可见。

附图说明

图1是根据本公开的光纤通信纤维的一个实施例的图解。

图2A、图2B和图2C是根据本公开的一些实施例的光纤的横截面侧视图的图解。

图3是示出了PbS的吸收和发射光谱的曲线图。

图4是示出了包括InGaAs的量子点的能带隙随Ga组分变化的曲线图。

图5A是根据本公开描述光如何穿过光纤电缆的图解。图5B是光接触光纤的芯部的内壁的详细视图，突出全内反射和渐逝波生成的概念。

图6是根据本公开说明量子点如何被渐逝波耦合激发的详细视图，所述渐逝波耦合通过在光纤的芯部行进的光的全内反射产生。