CN102141512A - 一种微纳光纤折射率传感器 - Google Patents

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孙琪真
刘德明
沃江海
梁瑞冰
李晓磊
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Abstract

本发明公开了一种基于单根微纳光纤的折射率传感器的实现方法及装置。该传感器由光源、隔离器、微纳光纤和光功率计组成。其中传感部分仅由单根微纳光纤组成。该光纤由普通光纤经过物理加热拉伸而成，利用其巨大的倏逝场，可通过测量输出光信号强度的方式实现对周围介质折射率变化的实时响应。本发明有结构简单、体积小、灵敏度较高、应用范围广等优点。另外，通过改变微纳光纤的直径，可进一步提高传感器的灵敏度，因此具有广泛的应用前景。

Description

一种微纳光纤折射率传感器
技术领域
本发明涉及一种微纳光纤折射率传感器。
背景技术
在微纳光纤中，光场有很大一部分能量分布在光纤之外，以倏逝场的形式传播，这部分光纤之外的倏逝场与环境相互作用时，可以用来做结构紧凑灵敏度高的折射率传感器。
目前已见有多种微纳光纤折射率测量方法的报道，例如微纳光纤环、微结构微纳光纤、微纳光纤干涉仪等。这些方法的灵敏度虽然也能达到较高的量级，但大多结构复杂或信号解调繁琐，不利于实现。同时，这些装置不能有效避免外界其他信号的影响，因而稳定性较弱。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种微纳光纤的折射率传感器，该传感器具有结构简单、灵敏度高、工作稳定等优点。
为解决上述技术问题，本发明提出一种微纳光纤折射率传感器，其特征在于，单根微纳光纤的一端与光源和隔离器相连，作为信号光输入部分，另一端与光功率计相连，作为信号光输出部分；所述微纳光纤通过胶水安装在固定座上。
进一步优化的，所述微纳光纤的直径为0.6-5μm。微纳光纤由普通光纤经过物理加热拉伸法制作而成。该装置由两组光纤固定基座和夹具、两个电动平移台以及加热装置组成。光纤固定基座和夹具固定在电动平移台上，将光纤用光纤夹具加紧，用加热装置对光纤进行加热，通过电动平移台的运动将光纤拉伸至微米量级。本发明所使用的微纳光纤表面具有较好的均匀度从而大大降低了其传输损耗。
本发明在已有微纳光纤折射率传感器的基础上进行改进，将折射率测量方法简化为仅仅依靠单根微纳光纤来实现，避免了其他装置的干扰，有效的提高了传感器的稳定性。本发明采用直接测量输出光功率变化的方法，无需繁琐的信号解调方法，方便实用，准确性高。本发明能通过减小微纳光纤的直径大幅度的提高传感器的灵敏度，因而具有广泛的应用前景。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。
图1为本发明的结构示意图。其中：1为波长为1550nm的光源；2为光隔离器；3为微纳光纤；4为待测葡萄糖溶液；5为光功率计。
图2为直径为2.3微米的微纳光纤照片。
图3为光纤直径为5.0μm径时，输出信号光功率随外界被测溶液折射率变化关系曲线。
图4为光纤直径为2.3μm径时，输出信号光功率随外界被测溶液折射率变化关系曲线。
图5为光纤直径为0.6μm径时，输出信号光功率随外界被测溶液折射率变化关系曲线。
具体实施方式
本发明的传感器的具体组装方法如图1所示。光源的光经过一个光隔离器后通过直接熔接的方式输入到微纳光纤中，微纳光纤的另一端通过普通光纤与光功率计相连。然后将微纳光纤用胶固定于一个凹槽底部，以防止其抖动带来的输出功率跳动。
微纳光纤的拉制过程为：将普通光纤通过光纤夹具固定在两个电动平移台上，加热用火头固定于两夹具中间的光纤的正下方。整个加热装置由氢气发生器和火头组成，利用氢气燃烧的火焰加热光纤至熔融状态后移动电动平移台拉伸光纤至微米量级。所得到的微纳光纤如图2所示。
本发明在具体测量待折射率变化时，将待测液体放置于槽内并浸没底部的微纳光纤，防止其受到外界环境的干扰。待输出信号光稳定后，记录此时输出光功率值。这里的待测液体采用的是葡萄糖溶液，其折射率通过阿贝折射计测量。此时，直接向槽内加水稀释溶液以改变其折射率值，待输出稳定后，再测其输出功率，采用这种测量方法最终得到输出信号光功率和溶液折射率变化关系的曲线如图3所示。这里采用的微纳光纤直径为5.0μm，溶液在折射率值为1.3500时，测得其灵敏度为42dB/RIU，其中RIU指单位折射率(Refractive index Unit)。
将原微纳光纤取下，分别换用直径分别为2.3μm和0.6μm的微纳光纤重复上述操作，分别得到如图4、5所示的曲线，分析可知在折射率值为1.3500时的传感器灵敏度分别为208dB/RIU和460dB/RIU。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种微纳光纤折射率传感器，其特征在于，单根微纳光纤的一端与光源和隔离器相连，作为信号光输入部分，另一端与光功率计相连，作为信号光输出部分；所述微纳光纤通过胶水安装在固定座上。
2.根据权利要求1所述的微纳光纤折射率传感器，其特征在于，所述微纳光纤的直径为0.6-5                                               
Figure 2010106143462100001DEST_PATH_IMAGE002
。
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