[发明专利]一种利用锥形无芯光纤级联空芯光纤结构测量折射率的方法

说明书

本发明公开了一种利用锥形无芯光纤级联空芯光纤结构测量折射率的方法，具体测量折射率过程为：锥形无芯光纤级联空芯光纤作为传感头放置在室温环境中，为防止光纤弯曲，使用紫外胶将制备的传感头稳定水平地固定在玻片上，然后将传感器浸入不同浓度即不同折射率的NaCl水溶液中，记录传输光谱后，使用去离子水净化传感头，恢复空气中的原始光谱，然后将传感头浸入新的NaCl水溶液中，记录新的传输光谱，最终得到传输光谱的波长和强度的变化与折射率的对应线性关系并依据该对应线性关系实现折射率的测量。本发明中无芯光纤的热膨胀系数较低，使该传感器具有极低的温度灵敏度，可以有效解决温度串扰问题。

技术领域

本发明属于光纤光谱传感技术领域，具体涉及一种利用锥形无芯光纤级联空芯光纤结构测量折射率的方法。

背景技术

近年来，折射率测量在化学实验、食品质量安全监测、环境监测、生物反应等化学和生物领域发挥着重要作用，而光纤折射率传感器以其结构紧凑、检测精度高、抗老化性能好、能在化学危险环境下工作、固有的抗外界电磁干扰能力等独特的优点受到广泛的研究。在各种各样的光纤折射率传感器中，基于马赫曾德干涉仪的传感器由于结构简单、重复性好、制备成本低而受到广泛关注，通过观测传输光谱波长和强度的变化可以实现各种物理量的传感。基于马赫曾德干涉仪的光谱传感技术对工业技术发展及科学研究起着非常重要的作用，它的优点及潜力吸引着许多研究人员进行开发性研究。目前基于马赫曾德干涉仪的光纤折射率传感器的研究已取得多项研究成果，但也存在许多亟待解决的问题。比如，现有的利用马赫曾德干涉仪测量折射率的结构普遍对光源、光纤的性能要求严格、光路复杂等。对于含有小的化学和生物分子的水溶液，比如海水等，其折射率值在1.33-1.35的低折射率范围内，折射率的微小变化可以反映瞬态物理环境扰动或结合作用，目前大多数的光纤折射率传感器在高折射率范围内(大于1.40)具有较高的折射率灵敏度，但是在低折射率范围的灵敏度不理想，同时温度交叉灵敏度是折射率测量中一个非常重要的因素，温度串扰会降低传感器的检测限，所以要克服温度在实际折射率测量中的干扰。

发明内容

本发明为解决基于马赫曾德干涉仪光纤光谱折射率传感系统的稳定性差、在低折射率范围内灵敏度和分辨率低以及温度串扰等问题而提供了一种利用锥形无芯光纤级联空芯光纤结构测量折射率的方法，该方法通过分析、研究不同折射率对锥形无芯光纤级联空芯光纤结构透射光谱干涉峰波长和强度的影响来实现折射率的测量。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种利用锥形无芯光纤级联空芯光纤结构测量折射率的方法，其特征在于主要由半导体光放大器、锥形无芯光纤、空芯光纤和光谱分析仪构成折射率测量系统，其中半导体光放大器发出波长范围从1200-1700nm的宽带光依次通过输入单模光纤、锥形无芯光纤级联空芯光纤和输出单模光纤传输至光谱分析仪上，具体测量折射率过程为：锥形无芯光纤级联空芯光纤作为传感头放置在室温环境中，为防止光纤弯曲，使用紫外胶将制备的传感头稳定水平地固定在玻片上，然后将传感器浸入不同浓度即不同折射率的NaCl水溶液中，记录传输光谱后，使用去离子水净化传感头，恢复空气中的原始光谱，然后将传感头浸入新的NaCl水溶液中，记录新的传输光谱，最终得到传输光谱的波长和强度的变化与折射率的对应线性关系并依据该对应线性关系实现折射率的测量。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)该测量传感器包含复合干涉，是由多模干涉仪和马赫曾德干涉仪组成，增强了模态干涉。

(2)该测量传感器在低折射率范围内具有较高的灵敏度，能够在较宽的温度范围内精确测量周围微小的折射率变化。

(3)本发明中无芯光纤的热膨胀系数较低，使该传感器具有极低的温度灵敏度，可以有效解决温度串扰问题。

(4)本发明测量过程简化，方便迅速，可在生物、化学传感领域进行实时监测和检测。

附图说明

图1是本发明中锥形无芯光纤级联空芯光纤传感头的结构示意图；