[发明专利]基于光子晶体光纤长周期光栅的挥发性有机物传感方法及装置

摘要

本发明涉及基于光子晶体光纤长周期光栅的挥发性有机物传感方法及装置。将光子晶体光纤长周期光栅完全置于套筒内，将两根单模光纤分别从套筒两侧插入套筒内，与光子晶体光纤长周期光栅的端面接近但不发生接触，实现未熔接的光准直，两根单模光纤的另一端分别与宽带光源的输出端和光谱仪的输入端口光纤连接。光在光子晶体光纤中传播并经长周期光栅作用，出射光会有谐振峰，谐振波长与光子晶体光纤包层空气孔内挥发性有机物的浓度有关，通过监测谐振波长的移动可以实现对浓度的检测。本发明针对现有挥发性有机物传感技术中存在的检测成本高，难于实现长期重复测量和微量检测的问题，提供了一种结构紧凑、可长期重复测量、灵敏度高的基于光子晶体光纤长周期光栅的挥发性有机物传感方法，以及实现该方法的装置。

主权项

基于光子晶体光纤长周期光栅的挥发性有机物传感方法，其特征在于该方法包括如下步骤：步骤(1)选择一个输出波长为1500nm至1600nm的宽带光源，两根单模光纤和一个工作波长覆盖1500nm至1600nm的光谱仪，并利用二氧化碳激光器在光子晶体光纤上刻写一个长周期光栅，制成光子晶体光纤长周期光栅；步骤(2)将制成的光子晶体光纤长周期光栅完全置于一个内径为126～127μm套筒内，套筒两端比光子晶体光纤长周期光栅长2～4cm，长出的部分经预处理有镂空的网状结构，将两根单模光纤分别从套筒两侧插入套筒内，与光子晶体光纤长周期光栅的端面接近但不发生接触，由于套筒的内径仅比光纤直径大1～2μm，单模光纤与光子晶体光纤长周期光栅能够很好的实现未熔接的光准直，两根单模光纤的另一端分别与宽带光源的输出端和光谱仪的输入端口光纤连接；步骤(3)将步骤(2)中内置好光纤的套筒置于待检测的挥发性有机物环境中，基于光子晶体光纤上刻写有长周期光栅，光在光子晶体光纤中传播并经长周期光栅作用，出射光会有谐振峰，谐振波长与光子晶体光纤包层模和纤芯模的有效折射率有关：λ＝[nco(C)‑ncl(C)]Λ其中nco(C)为光子晶体光纤芯模的有效折射率，ncl(C)为光子晶体光纤包层模的有效折射率，它们都与光子晶体光纤包层空气孔内挥发性有机物浓度C有函数关系，Λ为长周期光栅的栅格周期，因此，当挥发性有机物经由套筒的镂空结构处扩散进入套筒内，并进一步扩散进入光子晶体光纤的包层空气孔，会改变包层模和纤芯模的有效折射率， 从而观测到谐振波长的变化，通过监测谐振波长的移动可以实现对浓度的检测。