[发明专利]基于石墨烯的光纤传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于传感器领域，具体涉及一种基于石墨烯的光纤传感器及其制作方法。

背景技术

电和光是人类生产生活中不可或缺的两个基本元素，所以光电器件在日常生活中也发挥着越来越重要的作用。随着科学技术的发展，光电器件的微型化是科学研究和技术创新的发展趋势。电压传感器是能实现对电压测量的器件，探索宽频带、大的动态范围、集成式等是其发展目标和方向。

电在人类生活中起着非常重要的作用，所以对于电压以及高电压的测量和传感有着十分重要的意义。传统测量高压的方法有很多种：静电电压表、电磁式电压互感器、电阻分压器、球隙以及电容分压器等。其中电磁式电压互感器和电容分压式电压互感器在电力系统中具有广泛应用，它们具有线性范围内准确度高，制造工艺成熟，校验规范等优势。但是随着电压等级的提高和容量的增加，这些方法存在体积大、绝缘难度大、频带窄、响应时间较长等缺点。

发明内容

本发明提供一种基于石墨烯的光纤传感器及其制作方法，以解决目前电压传感器存在的体积大、频带窄、响应时间较长的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种基于石墨烯的光纤传感器，包括基板、石墨烯薄膜以及设置在所述基板上的倏逝场光纤，所述石墨烯薄膜至少铺设在所述倏逝场光纤在传输光信号时存在溢出光的部位处；所述石墨烯薄膜在输入的待测信号的作用下，其有效折射率发生改变；在所述石墨烯薄膜的有效折射率发生改变后，所述倏逝场光纤输出光的光谱将发生变化，根据所述光谱的变化情况，对所述待测信号进行测量。

在一种可选的实现方式中，还包括设置在所述基板上并分别位于所述倏逝场光纤两侧的第一电极和第二电极，所述第一电极、第二电极分别与所述石墨烯薄膜接触，分别用于将输入所述第一电极、第二电极的待测信号传输给所述石墨烯薄膜。

在另一种可选的实现方式中，所述倏逝场光纤包括在传输光信号时存在溢出光的光纤、光栅或者微型干涉仪。

在另一种可选的实现方式中，所述光纤为拉锥光纤，所述光栅为包层经腐蚀后的布拉格光栅，所述微型干涉仪包括输入单模光纤、输出单模光纤以及设置在所述输入单模光纤和输出单模光纤之间的微结构光纤，其中所述输入单模光纤在向所述微结构光纤传输光信号时，一部分通过所述微结构光纤传输给所述输出单模光纤输出，另一部分溢出。

在另一种可选的实现方式中，所述输入单模光纤和输出单模光纤对称连接在所述微结构光纤两侧，且与所述微结构光纤错位连接。

在另一种可选的实现方式中，所述微结构光纤为包层表面被制成D型的单模光纤。

在另一种可选的实现方式中，所述待测信号为电压信号。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种基于石墨烯的光纤传感器的制作方法，包括：

将倏逝场光纤设置在基板上；

将石墨烯薄膜铺设在所述倏逝场光纤在传输光信号时存在溢出光的部位处，并将石墨烯薄膜与第一电极、第二电极连接，以在向第一电极、第二电极输入待测信号后，根据所述倏逝场光纤输出光的光谱变化情况，对所述待测信号进行测量。

在一种可选的实现方式中，所述将倏逝场光纤设置在基板上包括：

在将所述倏逝场光纤在传输光信号存在溢出光的部位朝上后，将倏逝场光纤固定在基板上。

在另一种可选的实现方式中，所述将石墨烯薄膜铺设在所述倏逝场光纤在传输光信号时存在溢出光的部位处，并将石墨烯薄膜与第一电极、第二电极连接包括：

将所述第一电极、第二电极设置在所述倏逝场光纤的两侧后，将所述石墨烯薄膜铺设在所述倏逝场光纤、第一电极和第二电极上；或者将所述石墨烯薄膜铺设在所述倏逝场光纤上后，将第一电极、第二电极设置在所述石墨烯薄膜上，并位于所述倏逝场光纤的两侧。

本发明的有益效果是：

本发明通过采用待测信号改变石墨烯薄膜的费米能级，从而改变石墨烯薄膜的有效折射率，并利用石墨烯薄膜有效折射率的改变对倏逝场光纤溢出光的折射效果进行调节，可以使倏逝场光纤输出光的光谱发生变化，从而根据光谱变化情况对待测信号进行测量；由于石墨烯薄膜具有电学响应时间快、费米能级响应范围较宽的特点，且倏逝场光纤传输的光信号的传输速率也很高，因此本发明可以提高响应速度且扩大测量带宽范围，另外，由于石墨烯薄膜、电极和倏逝场光纤的体积都很小，可以集成到一个基板上，因此本发明体积较小、集成度较高。

附图说明

图1是本发明基于石墨烯的光纤传感器的一个实施例结构示意图；

图2是本发明基于石墨烯的光纤传感器制作方法的一个实施例流程图。