[发明专利]一种多模式光学传感纳米晶复合玻璃光纤及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种多模式光学传感纳米晶复合玻璃光纤的制备方法，所述方法为分别制备出具有不同光学传感功能的纳米晶，并将多种光学传感功能纳米晶和纤芯基质玻璃粉末进行复合，得到多种光学传感功能纳米晶复合的纤芯玻璃粉末，最后通过管内熔融法制备出多模式荧光传感纳米晶复合玻璃光纤。光学传感功能的纳米晶可以包括许多领域，如光学温度传感、光学压力传感、光学磁场传感以及光电传感等。本发明功能设计灵活性，通过设计不同的光学传感功能纳米晶复合到光纤中，使得光纤具备多方面的光学传感功能，同时由于纳米晶的晶体场隔绝作用，本发明能使得发挥传感功能的光学中心互不干扰，独立工作，玻璃光纤有望实现高灵敏度的多功能光纤传感器件。

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，特别涉及一种多模式光学传感纳米晶复合玻璃光纤及其制备方法和应用。

背景技术

传感技术，是当今世界发展迅速的技术之一，且已经成为衡量一个国家科学技术水平发展的重要标志之一。先进传感器朝着灵敏、精巧、适应性强、智能化和网络化方向发展。其中，光纤传感技术是20世纪70年代末兴起的技术领域，如今在全世界引起了人们的重视，已与光纤通信技术并驾齐驱。

光纤传感器是近几十年来迅速发展起来的一种新型传感器。它具有抗电磁干扰、电绝缘性好、灵敏度高、重量轻、能在恶劣环境下工作等一系列优点而应用于各种前沿领域，例如能够构建空间分布列阵及网络，应用于人体医学、城建监控、环境监测等方面。就针对不同的物理量探测方面，已有测量温度、压力、位移、加速度、电流等多种物理量的光纤传感器问世。而目前光纤传感器也正朝着高灵敏度，多功能集成传感、智能化等方面发展。

目前针对于多功能光纤传感器的研究大多集中在寻求一种具有多功能响应的敏感元件，如利用同时具备电光效应和磁光效应的敏感元件实现电学和磁场的传感。这种实现方法虽然构思简单，但是对于这种方法而言，存在着一个致命的缺点，就是同一个敏感元件的不同物理光学效应的响应光学波段容易产生干扰，无法识别重叠的响应光学波段的变化是由于哪种物理量的变化所引起的。此外，若想实现三功能、四功能甚至更多功能的传感，单一的敏感元件很难符合要求。因此研究高灵敏度、互不干扰以及智能化的多功能玻璃光纤就成为了光纤传感器发展的重要课题。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种多模式光学传感纳米晶复合玻璃光纤的制备方法，工艺简单，可以实现多功能传感(三功能以上)，响应光学波段互不干扰和高灵敏度的效果。

本发明的另一目的在于提供由上述多模式光学传感纳米晶复合玻璃光纤制备方法制备得到的多模式光学传感纳米晶复合玻璃光纤。

本发明的再一目的在于提供上述多模式光学传感纳米晶复合玻璃光纤的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种多模式光学传感纳米晶复合玻璃光纤的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备多种光学传感功能不同的纳米晶；

(2)制备纤芯基质玻璃，所述纤芯基质玻璃为碲酸盐玻璃；

(3)将步骤(1)中制备得到的多种光学传感功能纳米晶和步骤(2)中得到的纤芯基质玻璃粉充分混合后置于球磨机中充分研磨，得到了尺寸均匀分布的光纤纤芯复合颗粒；

(4)制备包层玻璃，通过切割打孔抛光等冷加工制成中空的包层玻璃管；

(5)将步骤(3)制备得到复合颗粒填充到步骤(4)制备得到的包层玻璃管中，得到光纤预制棒；

(6)将步骤(5)中得到的光纤预制棒置于拉丝塔中，拉制光纤。

步骤(1)所述多种光学传感功能不同的纳米晶包括光学温度传感纳米晶、光学压力传感纳米晶、光学磁场传感纳米晶和光电传感纳米晶；所述光学传感功能纳米晶的尺寸为50-200nm；