[发明专利]二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器及检测系统

权利要求书

1.一种二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器，包括长周期光纤光栅和包层，其特征在于：所述长周期光纤光栅为倾角大于80°的极大倾角长周期光纤光栅，所述包层表面涂覆有纳米量级的二氧化钛薄膜，所述二氧化钛薄膜的优化厚度通过包层模式和包层模功率因子P_rrcl确定，其中，包层模式中，n_eff为包层模式有效折射率，d为二氧化钛薄膜厚度，

在圆柱坐标系(r,φ,z)中，包层模功率因子P_rrcl的公式如下：式中e_r和e_φ分别表示包层模式径向和角向电场分量，h_r和h_φ分别表示包层模式径向和角向磁场分量，其中r_cl表示包层半径。

2.根据权利要求1所述的二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器，其特征在于：所述二氧化钛薄膜通过原子层沉积技术涂覆在光栅区域的包层表面。

3.根据权利要求2所述的二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器，其特征在于：所述长周期光纤光栅刻写在通信单模石英光纤上。

4.一种折射率检测系统，其特征在于：包括如权利要求1-3任意一项所述的二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器，还包括

近红外宽带光源，用于产生覆盖一定波段的入射光，

偏振控制器，用于接收入射光以及输出单一偏振方向的偏振光，所述偏振光为P偏振光或S偏振光，

待测样品反应池，用于放置待测样品和二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器，二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器通过光纤跳线与偏振控制器连接，p偏振光或s偏振光输入至二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器并分别在纤芯内激励起p偏振态纤芯导模或s偏振态纤芯导模，偏振态纤芯导模传输至极大倾角长周期光纤光栅，在谐振波长处满足相位匹配条件的p偏振态纤芯导模或s偏振态纤芯导模分别耦合至p偏振包层模式或s偏振态包层模式，经二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器输出后产生偏振相关包层模谐振峰，二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器的输出光通过光纤跳线输入至光谱分析仪，

该光谱分析仪，用于观测并监测偏振相关包层模谐振峰的漂移，并根据监测谐振峰或谐振波长随待测样品的变化，从而实现传感监测。

5.根据权利要求4所述的折射率检测系统，其特征在于：所述p偏振态纤芯导模或s偏振态纤芯导模分别耦合至p偏振包层模式EH_2,j或s偏振态包层模式TE_0,j，并于谐振波长处产生双损耗峰或双谐振峰。

6.根据权利要求4或5所述的折射率检测系统，其特征在于：所述二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器的偏振耦合特性参数包括光栅周期，光栅周期介于217.72μm～213.52μm之间。

7.根据权利要求6所述的折射率检测系统，其特征在于：所述二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器的纤芯半径为4.15μm，包层半径为62.5μm，纤芯折射率比包层折射率高0.36％，光栅倾角为87°，光栅长度为40mm，纤芯折射率调制幅度为2.0×10^-4，光栅周期为217.72μm或213.52μm。

8.根据权利要求4或5所述的折射率检测系统，其特征在于：所述的近红外宽带 光源为输出光谱包括1350nm～1650nm波段的宽带光源。