[发明专利]三角形气孔的D型光子晶体光纤折射率传感器装置及方法

权利要求书

1.三角形气孔的D型光子晶体光纤折射率传感器装置及方法，其特征在于，由宽带光源(1)、偏振器(2)、流通池(3)、D型光子晶体光纤(4)、单模光纤(5)、光谱分析仪(6)和计算机(7)组成；所述光纤折射率传感器位于流通池(3)内，流通池(3)内有控制液体分析物的入口(8)和出口(9)；

所述D型光子晶体光纤(4)侧面抛光表面涂覆银掺杂氧化锌薄膜，与所述D型光子晶体光纤(4)熔接的单模光纤(5)、涂覆银掺杂氧化锌薄膜的D型光子晶体光纤(4)一起构成所述三角形气孔的D型光子晶体光纤折射率传感器装置的探头；

所述D型光子晶体光纤(4)包括：包层(10)、25个位于包层中的正三角形空气孔；其特征在于，空气孔(11)和空气孔(12)以原点为中心分别旋转20°、40°、60°、79°，再镜像形成第一层空气孔、第二层空气孔；空气孔(13)以原点为中心分别旋转20°、40°，再镜像形成第三层空气孔；椭圆空气孔(14)位于y轴(空)纤芯处；

所述D型光子晶体光纤(4)侧面抛光表面涂覆银掺杂氧化锌薄膜的制备方法为：将60mL醋酸锌无水乙醇溶液(0.015M)和30mL氢氧化钠无水乙醇溶液(0.0225M)在烧杯中混合搅拌2小时，制得种子溶液；将纯氧化锌的种子溶液与300mL的硝酸锌溶液(0.03M)和300mL的六甲基四胺溶液(0.03M)混合搅拌；通过混合和搅拌150毫升硝酸锌(0.008M，0.0076M，0.0072M，0.0068M，0.0064M，0.006M)水溶液，150毫升硝酸银(0.024M，0.0248M，0.0256M，0.0264M，0.0272M，0.028M)水溶液和六次甲基四胺300毫升(0.03M)溶液获得不同浓度的银掺杂氧化锌(60％～70％)纳米材料。

2.根据权利要求1所述的三角形气孔的D型光子晶体光纤折射率传感器装置及方法，其特征在于：所述D型光子晶体光纤(4)的包层空气孔间距Λ为10-12μm，包层直径D为100μm，空气孔(11)、空气孔(12)和空气孔(13)顶点到中心的距离h₁、h₂、h₃分别为4.275-4.725μm、3.325-3.625μm、2.375-2.625μm；椭圆空气孔(14)的短轴a和长轴b分别为3μm和7μm。

3.根据权利要求1所述的三角形气孔的D型光子晶体光纤折射率传感器装置及方法，其特征在于：所述D型光子晶体光纤(4)的包层材料为熔融石英，其折射率由Sellmeier公式定义。

4.根据权利要求1所述的三角形气孔的D型光子晶体光纤折射率传感器装置及方法，其特征在于：所述液体分析物是通过混合不同质量比的无水乙醇和去离子水获得，由阿贝折射仪测量。

5.三角形气孔的D型光子晶体光纤折射率传感器装置及方法，其特征在于：采用堆叠-拉丝技术制备光子晶体光纤，然后在V型槽中进行抛磨加工成D型光子晶体光纤(4)，利用射频磁控溅射方法可以得到所述的涂覆银掺杂氧化锌薄膜的D型光子晶体光纤(4)；

所述的堆叠-拉丝技术为：首先对石英套管进行预处理，在超净环境下按照参数拉制毛细管，拉制温度为1900℃-2000℃，之后对毛细管两端用氢氧焰进行拉锥封孔，在石英套管中将毛细管按照设计要求堆积形成所需的结构，用纯石英棒对空隙进行填充，利用氧炔火焰将石英套管与毛细管烧结在一起，在拉丝塔上使用两次拉丝技术制成光子晶体光纤；

所述的三角形气孔的D型光子晶体光纤折射率传感器装置及方法，其传输路径如下：所述宽带光源(1)经过偏振器(2)变成y偏振光，通过流通池(3)传输到D型光子晶体光纤(4)，由D型光子晶体光纤(4)输出由单模光纤(5)输入至光谱分析仪(6)，光谱分析仪(6)的输出端连接计算机(7)，其特征在于：

所述银掺杂氧化锌薄膜表面激发的等离子体波波矢与入射光场的波矢在特定的波长范围内达到相位匹配，发生耦合，出现共振损耗峰；表面等离子体共振(SPR)对介质环境十分敏感，液体分析物折射率RI变化会使共振条件发生变化，导致共振损耗峰发生明显变化，可以实现高灵敏度、实时性探测。