[发明专利]一种基于光栅辅助型模式耦合的孔助双芯光纤传感器

说明书

本发明一种基于光栅辅助型模式耦合机理的孔助双芯光纤传感器，包括光源、两段单模光纤和探测器，还包括一段孔助双芯光纤，光源、第一单模光纤、孔助双芯光纤、第二单模光纤、探测器依次相连构成孔助双芯光纤传感器，所述孔助双芯光纤的包层有一个大尺寸偏心空气孔。单模纤芯与孔助双芯光纤中心芯进行焊接容易，且光纤形变小，机械强度大,利用孔助双芯光纤作为传感探头部分，由于孔助双芯光纤具有大尺寸空气孔，偏心纤芯易于裸露出来，加工成本低，制作工艺简单，且空气孔的隔离使裸露的纤芯表面不受破坏，表面光滑，器件插损小，对裸露的偏心纤芯进行表面化学修饰和物理改变都非常方便。

技术领域

本发明涉及一种光纤传感器，尤其涉及一种主要用于外界环境折射率、气体浓度等传感测量的光纤传感器。

背景技术

光纤传感器结构简单、重量轻、尺寸小、轻巧柔软。用一根光纤可以测量结构上空间多点或者无限多自由度的参数；结合时分复用和波分复用技术，非常适于作为分布式传感元件埋入材料和结构内部或贴装在其表面实现多点监测。光纤传感器因其所具有的诸多优点而成为结构监测和光纤技术研究的热点。

随着光纤技术的不断发展，各种新型结构光纤也不断涌现。为了解决降低光纤光缆的制造成本和开发高密集度大芯数光缆这两大难题，S.Inao于1979年提出了多芯光纤的概念。多芯光纤传感器由于体积小、结构紧凑，构成材料一致，热膨胀系数相同，对温度表现出来的响应是一样的，因而可以避免了温度与其他物理量的交叉敏感问题，具有自温度补偿等诸多的优点。所以利用多芯光纤作为传感元件的研究引起了人们的广泛关注。

双芯光纤是结构最简单的多芯光纤。利用双芯光纤可以实现定向耦合器、复用/解复用器、双芯光纤分波/合波器、滤波器、传感器等。普通意义的双芯光纤,它是由两个平行的纤芯和包围这两个纤芯的公共包层组成的实心光纤。若想让一个纤芯裸露出来，则需要利用化学腐蚀或激光微加工技术，制作时需要精确控制腐蚀时间或激光能量，纤芯容易受到损坏。加工过的纤芯表面质量很难保证，插损较大，很难再进行表面2次处理。

发明内容

本发明的目的是为了提供用于外界环境折射率、气体浓度等传感测量的一种基于光栅辅助型模式耦合的孔助双芯光纤传感器。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于光栅辅助型模式耦合机理的孔助双芯光纤传感器，包括光源、两段单模光纤和探测器，还包括一段孔助双芯光纤，光源、第一单模光纤、孔助双芯光纤、第二单模光纤、探测器依次相连构成孔助双芯光纤传感器，所述孔助双芯光纤的包层有一个大尺寸偏心空气孔，中心纤芯位于包层的中心且上面刻有长周期光纤光栅，偏心纤芯位于偏心空气孔内壁且距离中心纤芯最近的位置。

本发明还包括这样一些特征：

1.所述孔助双芯光纤的两个纤芯均为单模且折射率相同，两个纤芯间距离小于20微米，偏心空气孔直径为30-50微米；

2.第一单模光纤和孔助双芯光纤的连接是利用单模光纤纤芯与孔助双芯光纤的中心纤芯直接对准进行焊接实现的；

3.第二单模光纤和孔助双芯光纤的连接是单模光纤纤芯与孔助双芯光纤的中心纤芯直接对准进行焊接实现，或者是单模光纤纤芯与孔助双芯光纤的偏心纤芯对准进行焊接实现；

4.利用化学腐蚀的方法在孔助双芯光纤的空气孔一侧加工微槽将偏心纤芯裸露于外界；

5.利用激光微加工的方法在孔助双芯光纤的空气孔一侧加工微槽将偏心纤芯裸露于外界外界；

6.所述孔助双芯光纤的偏心纤芯进行表面化学修饰。