[发明专利]双芯微结构光纤模间干涉型高灵敏度折射率传感器

说明书

一种双芯微结构光纤模间干涉型高灵敏度折射率传感器，包括具有高双折射的双芯微结构光纤、光纤耦合器、偏振控制器和连接双芯微结构光纤和耦合器之间的单模光纤。将1.33‑1.38折射率范围的液体填充在双芯微结构光纤的右纤芯包层中的空气孔中，传感器的宽带光源光谱覆盖0.6～1.7μm范围，通过实验分别计算左右两个纤芯内LP₀₁模式的X和Y方向的两个偏振模干涉光谱随填充液体折射率增大的变化规律，左右两个纤芯的光谱响应呈相反趋势折射率范围内分别得到了‑2200nm/RIU和10000nm/RIU的高灵敏度。

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，具体而言是涉及一种双芯光子晶体光纤模间干涉型高灵敏度折射率传感器，属于折射率传感领域。

与传统的折射率传感器相比，该传感器具有更高的稳定性和更高的灵敏度。

背景技术

传感器作为一种检测装置被广泛地应用于生物医学、石油化工、人工智能、环境监测等领域。近年来各个领域的科研人员都对其进行了深入的研究。其中光纤传感器与传统的传感器相比具有稳定性高、抗电磁干扰、耐腐蚀、鲁棒性好、体积小等优点，更加重要的是其能与飞速发展的计算机技术相结合，使光纤传感器不管在航天航空领域还是在生物医学领域和环境监测领域的测量都有着越来越重要的地位，其研究也具有更加的广泛性。

微结构光纤具有丰富的模式特性、结构设计灵活、可集成性等特点被运用于光纤传感。不同的微结构光纤的包层中具有排列不同的空气孔贯穿整个光纤的长度，这些排列不同的空气孔使微结构光纤具有了不同的光传播的特性。所以常用到微结构光纤传感器进行压力、温度、折射率、振动等外界参量的测量。在这些测量中对液体折射率的测量尤为重要。

微结构光纤折射率传感器的种类很多，常见的有光纤光栅，基于光纤表面等离子体共振和拉锥微纳光纤等。但这些传感器都具有需要昂贵的调制解调设备或复杂的微制造技术，测得的灵敏度不高等缺点。因此需要设计一种双芯微结构光纤模间干涉型高灵敏度折射率传感器。

发明内容

本发明目的是提供一种双芯微结构光纤模间干涉型高灵敏度折射率传感器，以解决现有的折射率传感器灵敏度不高的问题。

本发明技术的方案是：一种双芯微结构光纤模间干涉型折射率传感器，包括填充待测液体的微结构光纤、单模光纤、3d耦合器和偏振控制器；将1.33～1.38折射率的样品选择性地填充在双芯微结构光纤的空气孔中，双芯微结构的一端通过单模光纤与3d耦合器相连，另一端先连接一个偏振控制器，再将偏振控制器的一端与3d耦合器相连，耦合器的一端与光源相连，从光源出发的光通过耦合器传输进微结构光纤；另一端再与光谱测量仪相连。

本发明的具体原理是：所述双芯微结构光纤的包层具有七层空气孔阵列组成六边形状，空气孔阵列中间引入两个缺陷形成两个石英纤芯，纤芯周围一圈空气孔直径大于剩余空气孔，将待测液体填充在右纤芯包层中的空气孔中，这样不对称的填充方式使其具有较高的双折射特性，两个纤芯中的基模两个方向的偏振模式之间都存在较大的有效折射率差，实验测得两个纤芯基模的双折射，得到可以对比的两组干涉谱图及其波长偏移拟合图。使该结构的测量数据更加稳定准确。具体实验原理为将范围为0.6～1.7μm波长的光从光源出发通过耦合器分成两束光，一束光顺时针方向通过偏振控制器，偏振方向旋转90度；另一束光逆时针方向传播，两束光在双芯微结构光纤纤芯的传输速度不同从而在耦合器中形成干涉。

一种双芯微结构光纤模间干涉型高灵敏度折射率传感器，包括具有高双折射的选择性填充的双芯微结构光纤、光纤耦合器、偏振控制器，所述具有高双折射的选择性填充的双芯微结构光纤一端通过单模光纤与所述光纤耦合器的一端相连，另一端通过另一单模光纤经过所述偏振控制器与所述光纤耦合器的另一端连接，所述光纤耦合器的另外两端分别与光源和光谱仪相连接，在1.38折射率填充右纤芯周围空气孔时，该双芯微结构光纤左右两个纤芯的LP₀₁模式分别得到了-2200nm/RIU和10000nm/RIU的高灵敏度。