[实用新型]球形熔接长周期光纤光栅表面等离子体共振氢敏传感器

说明书

本实用新型公开了球形熔接长周期光纤光栅表面等离子体共振氢敏传感器，其特征在于：由待测气体缓冲测量气室、进气口、出气口、气体进出控制阀、温度计、压力表、真空泵、3g重物、球形熔接长周期光纤光栅氢敏传感器、光谱仪、偏振控制器和宽光谱光源组成；其中球形熔接长周期光纤光栅氢敏传感器表面镀有Pd纳米薄膜、Ag纳米薄膜，Pd纳米薄膜采用离子刻蚀法将其刻蚀成条状，长周期光纤光栅由包层中掺有近红外发光量子点的单模光纤采用二氧化碳激光器刻写制成，将长周期光纤光栅正中间切断后用熔接机熔接，中心形成球状熔接，实现球形熔接长周期光纤光栅，使传感器具有较好的灵敏性与分辨率。

技术领域

本实用新型提出了球形熔接长周期光纤光栅表面等离子体共振氢敏传感器，属于光纤传感技术领域。

背景技术

Pd是一种化学性质稳定的贵金属。纯Pd呈现银白色金属光泽。Pd可以吸收自身900倍的氢气,而对其他大多气体没有明显吸收,它的物理性质包括体积和折射率会发生变化，因此根据Pd的这一特性可以用来做氢气传感器的敏感材料。

长周期光纤光栅是一种周期为100μm到1mm的透射型光纤光栅。当入射光通过长周期光纤光栅后，透射光的光谱中会出现多个损耗峰，其对应的波长称为谐振波长。长周期光纤光栅的谐振波长和幅值对外界环境的变化比较敏感，具有较好的温度、应变、弯曲、扭曲、横向负载、浓度和折射率灵敏度，而且，由于长周期光纤光栅是透射型光纤光栅，无后向反射，在传感测量系统中不需要隔离器，测量精度较高。表面镀Pd膜的长周期光纤光栅氢气传感器通过透射光谱的谐振波长的位置来检测氢气浓度。Pd膜吸收氢气，物理性质发生变化，从而导致长周期光纤光栅透射光谱的谐振波长漂移，通过谐振波长的漂移即可检测出氢气浓度。

SPR检测技术具有实时、快速、高灵敏度以及免标记等优点。

Ag比较容易激发表面等离子体共振，用Ag薄膜修饰的长周期光纤光栅的SPR特性做传感，起到催化作用，提高与氢的反应速率，同时避免Pd膜遇到高浓度氢时的起泡和脱层现象,以期实现长期稳定性。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供球形熔接长周期光纤光栅表面等离子体共振氢敏传感器。利用高频脉冲的热冲击效应，采用高频CO₂激光脉冲写入法写入长周期光纤光栅。计算机控制CO₂激光器发出激光脉冲，当激光从左至右(或从右至左)扫描若干次后(即长周期光纤光栅的周期数)，就对光纤的折射率进行了一次周期性调制。重复以上扫描若干次，就能加深对折射率的调制，制作出长周期光纤光栅。用化学液相还原法制备Ag、Pd纳米粒子。用分子自组装(SAMs)技术和化学镀膜法实现Ag、Pd纳米薄膜在石英基底上的可控生长。在经过预处理后的长周期光纤光栅表面沉积生长厚度约为20nm的Ag纳米薄膜,后用浓度为1.25mmol/L的H₂PdCl₄溶液沉积Pd纳米薄膜。镀膜后，长周期光纤光栅的透射光谱谐振波长产生了红移，而且镀膜后损耗峰的损耗变小，而且不如镀膜前锐利。