[发明专利]一种折射率温度同时测量的光纤传感器及制备方法

说明书

本发明公开了一种折射率温度同时测量的光纤传感器及制备方法，包括双包层光纤、输入光纤和输出光纤，输入光纤和输出光纤分别与双包层光纤两端焊接连接；所述双包层光纤由外至内依次为高折射率包层、低折射率包层和纤芯，双包层光纤端面具有高‑低‑高折射率分布，将双包层光纤中部通过熔融拉锥技术制成锥形光纤，锥形光纤表面沉积一层金膜且金膜厚度满足产生SPR现象；锥形光纤外层高折射率包层通道产生SPR现象，内层高折射率纤芯通道产生模间干涉。本发明制作简单，成本低，交叉串扰小，在折射率传感领域具有较大的竞争力和应用前景。

技术领域

本发明涉及一种光纤传感器及制备方法，特别是一种折射率温度同时测量的光纤传感器及制备方法，属于光纤传感技术领域。

背景技术

折射率作为一个基本的光学参量，它的测量在各个领域都有着巨大的用途。至今，已有许多技术应用于折射率传感。其中，基于光纤的折射率传感技术由于其结构紧凑，成本低，抗电磁干扰，可远程测量等优点，被广泛应用于生物、医药、化学等领域。2017年，ZhewenDing等人利用无芯光纤拉锥的方式(Z.W.Ding,et al.,Journal of LightwaveTechnology,2017,35(21):4734-4739.)，在光纤锥区同时激发SPR和模间干涉，实现了高动态范围折射率测量，当折射率在1.33-1.391内，SPR的灵敏度达到2238.4nm/RIU；当折射率大于1.391时，模间干涉取代SPR成为测量折射率的主要手段，灵敏度为866.1nm/RIU。然而折射率的测量往往伴随着外界温度的变化，温度改变导致折射率改变，因此需要实现折射率温度同时测量，消除温度干扰获得更精确的折射率测量。为了实现以上目的，Lecheng Li等人采用了马赫-泽德干涉的方案(L.Li,et al.,Sensors and Actuators A:Physical,2012,180:19-24.)，利用异质芯结构产生芯径不匹配，致使传输光沿细芯光纤包层和纤芯传输，并于输出端产生马赫-泽德干涉用于对外界温度和折射率同时测量。但该结构使用马赫-泽德干涉单通道多参量传感，容易引起温度和折射率交叉敏感，必须开发复杂的解调技术解决交叉串扰的问题，限制了此类传感器的应用。

为解决交叉串扰问题，引入了多通道光纤传感技术，通过多通道分离传感参量，实现通道间的独立传感测量，有效减小交叉串扰。2016年，Tao Hu等人将布拉格光栅(FBG)与SPR传感技术结合(T.Hu,Y.Zhao,et al.,Sensors and Actuators B:Chemical,2016,237:521-525.)，通过在FBG两端焊接多模光纤，产生芯径不匹配，并在FBG表面沉积金膜，利用包层模激发SPR，通过FBG测得温度灵敏度为172pm/℃，分辨率为0.01℃；通过SPR测得折射率灵敏度为2556.8nm/RIU，分辨率为0.2×10-⁶RIU，实现了对外界温度和折射率同时测量。虽然该结构具有较高的灵敏度和分辨率，但是FBG的加工制作较为复杂，增加了检测成本，而且FBG由单模光纤获得，具备单一波导无法分离传感参量和有效避免交叉串扰。因此，如何进一步解决交叉串扰问题以及降低检测成本，成为光纤SPR传感器领域亟待解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种制作简单，结构紧凑，响应灵敏，避免多参量测量交叉串扰，可用于同时测量折射率温度的光纤传感器及制备方法。

为解决上述技术问题，本发明的一种折射率温度同时测量的光纤传感器，包括双包层光纤、输入光纤和输出光纤，输入光纤和输出光纤分别与双包层光纤两端焊接连接；所述双包层光纤由外至内依次为高折射率包层、低折射率包层和纤芯，双包层光纤端面具有高-低-高折射率分布，将双包层光纤中部通过熔融拉锥技术制成锥形光纤，锥形光纤表面沉积一层金膜且金膜厚度满足产生SPR现象；锥形光纤外层高折射率包层通道产生SPR现象，内层高折射率纤芯通道产生模间干涉。

本发明还包括：

1.输入光纤采用阶跃多模光纤，采用对芯焊接。

2.输入光纤为双芯光纤，采用错芯焊接。