[实用新型]基于石墨烯复合膜的双D型光纤传感器

说明书

本实用新型公开了一种基于石墨烯复合膜的双D型光纤传感器，包括纤芯、包层、金银复合膜和石墨烯层，纤芯的外表面包裹有包层，包层两侧面均设有D型凹槽，两个所述D型凹槽以纤芯为中心轴线相互对称，包层上的D型凹槽的内侧底壁为抛光面，抛光面上镀有一层金银复合膜，金银复合膜的表面敷设有石墨烯层；本实用新型具有成本低、体积小、使用寿命长、灵敏度高等优势。

技术领域

本实用新型属于光纤传感领域，具体涉及一种基于石墨烯复合膜的双D型光纤传感器。

背景技术

光纤是20世纪70年代发展起来的一种新兴的光电子技术材料，它与激光器、半导体光电探测器一起形成了光电子学。光纤具有体积小、抗腐蚀性强、抗电磁干扰强等很多其它结构无法比拟的优点，因此以光纤为基础的传感器受到了越来越多人的追捧，其中基于倏逝场的光纤传感器由于其独特的光学特性，微型化的特点以及制作成本的低廉，成为新型光纤器件的优良选择。表面等离子共振（SPR）技术由德国物理学者Otto在1968年提出，其原理为：利用入射光在介质和金属两种不同属性的分界面由于全反射产生的倏逝波，激发金属的表面的自由电子，自由电子与光子相互作用产生表面等离子激元（SPP），表面等离子激元沿着金属表面传播产生表面等离子波（SPW），当入射光的波矢和表面等离子波波矢匹配时，产生表面等离子共振（SPR），使得全反射光中对应波矢光强显著下降，从而能在透射光谱中出现共振吸收峰。当外界介质折射率发生变化时，共振吸收峰也会发生偏移。石墨烯作为新型的二维材料，具有非常好的电学特性和光学特性，在集成光学方面有着很好的应用前景。当石墨烯用于波导结构时，石墨烯可与波导模场相互作用从而改变传输光场的性质，实现对光场的调控。

1966年Yee首次提出一种新的电磁场数值计算方法—时域有限差分法（FDTD）。时域有限差分法是一种求解麦克斯韦微分方程的直接时域的方法，可以处理复杂形状物体的电磁散射、辐射等问题，已经在电磁研究的众多领域得到广泛应用。

目前，用于SPR结构的金属薄膜主要以金膜和银膜为主。在相同条件下，银膜用于SPR结构时，其SPR透射光谱的灵敏度高于金膜，共振深度大于金膜，半高全宽小于金膜。但是银膜的化学性质不如金膜稳定，银膜容易被氧化，使得以银膜为材料制作的SPR传感器使用寿命短。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种基于石墨烯复合膜的双D型光纤传感器，本基于石墨烯复合膜的双D型光纤传感器具有成本低、体积小、使用寿命长、灵敏度高等优势。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种基于石墨烯复合膜的双D型光纤传感器，包括纤芯、包层、金银复合膜和石墨烯层，所述纤芯的外表面包裹有一层包层，所述包层的两侧面均设有D型凹槽，两个所述D型凹槽以纤芯为中心轴线相互对称，所述包层上的D型凹槽的内侧底壁为抛光面，所述抛光面上镀有一层金银复合膜，所述金银复合膜的表面敷设有石墨烯层。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述金银复合膜包括金薄膜和银薄膜，所述抛光面上镀有一层银薄膜，所述银薄膜的表面上镀有一层金薄膜。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，还包括光源、单模光纤、掺铒光纤放大器和光谱仪，所述光源通过单模光纤与所述纤芯的一端连接，所述纤芯的另一端通过单模光纤与掺铒光纤放大器连接，所述掺铒光纤放大器与光谱仪连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述光源为宽光谱光源。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述包层上的抛光面的长度为10mm，所述包层上的抛光面与纤芯之间的垂直距离为300nm～500nm。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述银薄膜的厚度为40nm～50nm，所述金薄膜的厚度为10nm～20nm。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述石墨烯层的层数为1层～10层。