[实用新型]一种基于分光比可调马赫-曾德干涉仪的光纤传感器

说明书

本实用新型公开了一种基于分光比可调马赫‑曾德干涉仪的传感器，包括依次连接的入射光纤、分束器、调制臂、合束器和出射光纤；入射光纤用于输入光信号，分束器使得从入射光纤中进来的光信号经过分束器耦合到调制臂中，调制臂用于形成传输波导以筛选不同的光波传输模式；合束器使得从调制臂中进来的光信号经过合束器耦合到出射光纤中；出射光纤用于输出光信号，并将光信号传输到检测设备中。本实用新型对组成分束器/合束器的多模光纤进行去包层处理，并在处理之后的多模光纤表面涂覆氧化石墨烯薄膜，利用多模光纤纤芯与周围环境相互作用，实现分束器/合束器的分光比的调制，达到传感的目的。

技术领域

本实用新型属于光纤传感器领域，尤其涉及一种基于马赫-曾德干涉仪的光纤传感器。

背景技术

湿度检测技术在食品加工、仪器制造、建筑以及结构健康监测等领域，发挥着极其重要的作用。目前市场上的电参量传感器(如电阻式或电容式传感器)，由于测量精度高、响应速度快等优点占据主导地位。但是，在易燃易爆、强电磁干扰等环境下，电参量传感器存在不可克服的本质不安全和稳定性差等缺点，所以寻求本质安全、稳定的传感器具有重要研究意义。光纤传感器是一种光学传感器，与传统电传感器相比，光纤传感器具有敏感度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、结构简单等优点，特别适合易燃易爆、强电磁干扰等环境中应用。因此，吸引了国内外诸多科研工作者的探索和研究。目前，已有多种光纤湿度传感器结构，包括聚合物涂层光纤布拉格光栅，涂有聚氯化钴/氯化钴的长周期光栅，琼脂糖渗透光子晶体光纤(PCF)干涉仪，聚乙烯醇涂层PCF，涂有PDDA/Poly R-478薄膜的非绝热锥形光纤，HEC/PVDF水凝胶涂层无芯光纤，涂有CoCl₂掺杂的PVA薄膜的U型裸光纤，WS₂涂层侧面抛光光纤，酚醛红掺杂PMMA包覆的U型光纤，和琼脂糖凝胶涂层锥形光纤。但是，这些方法所利用的涂层材料是利用水分子对薄膜的渗透能力改变材料折射率的变化，由于这些材料对水分子的渗透性差，会导致基于这些材料的传感器的线性度和可逆性比较差。另外，较差的渗透性会限制水分子的渗透，从而导致这类传感器的灵敏度较低。

氧化石墨烯(GO)因其优异的水溶液加工性、两亲性、表面功能性、表面增强拉曼散射性和荧光猝灭能力而备受关注。GO中的二维原子结构和氧官能团，如羟基、羧基、环氧化物和羰基，使得GO膜超渗透并对水分子具有超吸附性，同时二维结构特点使得GO的电荷载流子(电子或空穴)密度对环境非常敏感。当GO表面吸附了化学分子，其载流子密度将发生改变，利用GO光频电导率的环境敏感性，可以制作基于GO与光波导消逝波相互作用的光学传感器。将GO与光波导相结合，GO的光频电导率会影响光波导的有效折射率，进而影响到光波导中的传输光场。

现有基于马赫-曾德干涉仪的光纤湿度传感器，都是通过传感臂感知外界环境，引起参考臂和传感臂之间的相位差，导致干涉仪干涉波谷的波长移动。利用光谱分析仪等波长检测设备，探测波长的变化量，从而反推出外界的湿度变化。由于光谱仪等波长检测设备价格较为昂贵，因此这类传感器的成本较高，其实际应用受到了限制。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一个低成本、高灵敏度、高稳定性的光纤传感器，提供了一种基于分光比可调马赫-曾德干涉仪的光纤传感器，其包括依次连接的入射光纤、分束器、调制臂、合束器和出射光纤；

入射光纤，用于输入光信号，将宽带光源的输出光传输到传感装置中。

分束器，其输入端与入射光纤连接，输出端与调制臂连接，使得从入射光纤中进来的光信号经过分束器后进入到调制臂中。

调制臂，其输入端与分束器连接，其输出端与合束器连接，长度大约为36mm。调制臂用于形成传输波导，以筛选并传输不同的光传输模式；

合束器，结构与分束器相同，输入端与调制臂连接，输出端与出射光纤连接。

出射光纤，将出射信号传输到检测设备中。

所述入射光纤由普通单模光纤构成，入射光由单模光纤中的纤芯传输进来。