[发明专利]一种基于回音壁模式球状光学微腔的液体温度传感系统

说明书

一种基于回音壁模式球状光学微腔的液体温度传感系统，通过微纳光纤、回音壁模式球状光学微腔和异丙醇液体的热光传感组合，形成被测温度变化致使异丙醇液体折射率变化、从而致使微腔谐振峰谐振波长变化或移动或漂移的热光传感路径，既能够保留回音壁模式光学微腔原有的高品质因子特性又能够提高温度传感灵敏度，进而实现对温度的精确测量。

技术领域

本发明涉及光纤器件技术，特别是一种基于回音壁模式球状光学微腔的液体温度传感系统，通过微纳光纤、回音壁模式球状光学微腔和异丙醇液体的热光传感组合，形成被测温度变化致使异丙醇液体折射率变化、从而致使微腔谐振峰谐振波长变化或移动或漂移的热光传感路径，既能够保留回音壁模式光学微腔原有的高品质因子特性又能够提高温度传感灵敏度，进而实现对温度的精确测量。

背景技术

回音壁模式光学微腔是一种基于全内反射效应将光场约束在微米级空间区域内的光学元件，具有能量密度大、品质因子高、空间尺寸小的优点，在光纤传感领域具有广泛的应用。例如，回音壁模式光学微腔谐振波长随周围环境折射率的变化而发生改变，导致其谐振波长发生移动，通过监测波长的移动即可实现气体或液体折射率的检测。此外，光学微腔的折射率受其周围环境温度的影响而移动，据此可以实现温度传感。然而，用于制作微腔的常见材料，如二氧化硅，具有较低的热光系数和热膨胀系数，导致灵敏度较低。为了提高温度传感灵敏度，一般采用热光系数较高的敏感介质，如PDMA或PMMS等，涂敷在二氧化硅微腔表面或作为制作微腔的材料。然而，涂敷在微腔表面的敏感介质厚度难以精确控制，并且利用敏感介质制作的回音壁模式光学微腔品质因子低，影响温度测量精度。

发明内容

本发明针对现有技术中的缺陷或不足，提供一种基于回音壁模式球状光学微腔的液体温度传感系统，通过微纳光纤、回音壁模式球状光学微腔和异丙醇液体的热光传感组合，形成被测温度变化致使异丙醇液体折射率变化、从而致使微腔谐振峰谐振波长变化或移动或漂移的热光传感路径，既能够保留回音壁模式光学微腔原有的高品质因子特性又能够提高温度传感灵敏度，进而实现对温度的精确测量。

本发明的技术方案如下：

一种基于回音壁模式球状光学微腔的液体温度传感系统，其特征在于，包括具有左端粗部、中间细部和右端粗部的双锥形微纳光纤，所述中间细部与回音壁模式球状光学微腔接触耦合，所述左端粗部连接输入单模光纤，所述右端粗部连接输出单模光纤，所述双锥形微纳光纤和所述回音壁模式球状光学微腔被封装在玻璃管内，所述玻璃管内填充有异丙醇液体，所述回音壁模式球状光学微腔被淹没在所述异丙醇液体中。

所述输入单模光纤的左端通过第一光纤适配器与宽谱光源连接，所述输出单模光纤右端通过第二光纤适配器与光谱分析仪连接。

所述玻璃管外的环境温度变化引起所述异丙醇液体的折射率变化，所述折射率变化导致所述回音壁模式球状光学微腔谐振峰谐振波长的改变，所述宽谱光源输出的光经所述输入单模光纤和双锥形微纳光纤耦合进所述回音壁模式球状光学微腔中形成谐振之后重新耦合回所述双锥形微纳光纤并经输出单模光纤输入至所述光谱分析仪中，所述光谱分析仪得到包含谐振信息的传输光谱，并通过测量谐振峰谐振波长的变化确定所述玻璃管外的环境温度。

利用软化拉伸法将单模光纤通过拉锥机制得轮廓外形满足绝热条件的低损耗双锥形微纳光纤。

利用加热熔融法将单模光纤通过光纤熔接机制得所述回音壁模式球状光学微腔。

所述左端粗部与所述输入单模光纤熔融连接，所述右端粗部与所述输出单模光纤熔融连接。

通过纳米级精密位移台实现所述中间细部与所述回音壁模式球状光学微腔接触耦合。

所述玻璃管的两端均采用环氧树脂胶密封。