CN102353651B - 有源光子晶体光纤折射率测量装置 - Google Patents
有源光子晶体光纤折射率测量装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102353651B CN102353651B CN 201110190044 CN201110190044A CN102353651B CN 102353651 B CN102353651 B CN 102353651B CN 201110190044 CN201110190044 CN 201110190044 CN 201110190044 A CN201110190044 A CN 201110190044A CN 102353651 B CN102353651 B CN 102353651B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- photonic crystal
- fiber
- crystal fiber
- refractive index
- sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 58
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 9
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 12
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 11
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000001448 refractive index detection Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明涉及光纤传感和物质检测。为提供一种多参量测量、灵敏度高的有源光子晶体光纤折射率传感器，本发明采用的技术方案是：有源光子晶体光纤折射率测量装置，结构为：激光二极管出射光经隔离器、波分复用器加载到光子晶体光纤一端，光子晶体光纤另一端连接光纤反射镜，波分复用器加载到光子晶体光纤一端还经可调谐光栅连接到光功率计，光子晶体光纤为双包层掺镱光子晶体光纤，激光二极管出射光作为泵浦光在中心部位掺镱的光子晶体光纤中泵浦产生激光，光纤反射镜和可调谐光栅构成激光谐振腔，待测液体填充在光纤包层的气孔中。本发明主要应用于物质折射率检测。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感和物质检测，特别是折射率检测领域，具体讲涉及有源光子晶体光纤折射率传感器。
背景技术
传感器技术已经成为当今世界令人瞩目、迅猛发展的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱。自从上世纪80年代低损耗光纤问世以来，光纤传感技术一直处于传感器技术发展的前沿，并与光纤通信技术一起成为光纤技术的两个重要领域。与传统的传感器相比，光纤传感器本身不带电，具有抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、本质安全、多参量测量(温度、应力、振动、位移、转动、电磁场、化学量和生物量等)、灵敏度高、质量轻、体积小、可嵌入(物体)等特点，容易组成光纤传感网络(本征型分布式光纤传感器本身就组成网络)并可接入因特网和无线网。
光纤传感技术在国家安全、重大工程、生物医药等多个领域具有重大的社会需求和应用前景。
比起普通光纤，光子晶体光纤(PCF)具有许多优良性质，例如：设计灵活、无休止波段范围单模传输、大模面积、良好的色散和非线性等。目前，采用光子晶体光纤制作的传感器是传感器领域研究的一大热点，国内外众多院校及科研机构从各种不同效应，如倏逝波特征吸收、表面拉曼增强散射、表面等离子共振等出发对光子晶体光纤传感器展开了大量的研究工作，在生化物质检测、应力应变等方面都取得了许多可喜的研究成果。
通常的光子晶体光纤传感器都是一个外接LED或LD等作为光源，光子晶体光纤作为传感元件或传光元件，而通过将外部传感器光源引入传感器内部利用一根掺杂PCF实现探测激光产生、信息传感及信号传输的的有源传感器的研究尚属空白。
发明内容
为克服现有技术的不足，提供一种多参量测量、灵敏度高的有源光子晶体光纤折射率传感器。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：有源光子晶体光纤折射率测量装置，结构为：激光二极管出射光经隔离器、波分复用器加载到光子晶体光纤一端，光子晶体光纤另一端连接光纤反射镜，波分复用器加载到光子晶体光纤一端还经可调谐光栅连接到光功率计，光子晶体光纤为双包层掺镱光子晶体光纤，激光二极管出射光作为泵浦光在中心部位掺镱的光子晶体光纤中泵浦产生激光，光纤反射镜和可调谐光栅构成激光谐振腔，待测液体填充在光纤包层的气孔中。
本发明可带来如下效果：
有源折射率传感系统不仅具有常规光纤及光子晶体光纤传感器的众多优良特性(抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、本质安全、多参量测量、灵敏度高、质量轻、体积小、可嵌入和远距离检测等)外，并且由于有源传感系统将光源与传感器及其传输介质集合到一起，进一步增强了结构的紧凑性，并有很高的可靠性、稳定性和灵敏度。
附图说明
图1是掺Yb3+光子晶体光纤纤芯和气孔包层横剖面图，掺杂浓度为0.6％原子分数，待测物质填充于气孔中。
图2是掺Yb3+光子晶体光纤整体横剖面图。
图3是有源光子晶体光纤折射率传感系统结构图。其中：1、975nm激光二极管，2、隔离器，3、975/1064波分复用器，4、掺Yb3+光子晶体光纤，5、光纤反射镜，6、可调谐光纤光栅，7、功率计。
图4光子晶体光纤限制损耗与所填充样品折射率的理论关系曲线。由图可见，样品折射率较高时，灵敏度非常高。
图5有源光子晶体光纤折射率传感器输出功率与谐振腔损耗系数及可调谐光栅透射率的关系。图中，曲线1、2、3、4、5光栅反射率依次为0.96、0.80、0.60、0.40、0.20。
具体实施方式
有源光子晶体光纤传感系统是在光子晶体光纤纤芯中掺杂Yb3+、Nd3+等激活介质后，以LD作为泵浦源，以光子晶体光纤中产生的激光作为传感光源，将光源与传感器及其传输介质集合到一起，实现有源的光子晶体光纤传感。有源光子晶体光纤传感系统结构紧凑，并有很高的可靠性、稳定性和灵敏度，是新型传感系统，有巨大实用价值和创新意义。
在光子晶体光纤中通过掺杂Yb3+、Nd3+等粒子后，采用合适的泵浦方式，将光源、传感器及其传输介质三者有机结合在一起，通过一根PCF实现探测激光产生、信息传感及信号传输，以期获得高可靠性、稳定性和灵敏度的新型有源光子晶体光纤折射率传感系统。
本发明目的在于提供一种双包层掺Yb3+光子晶体光纤及基于此光纤的有源折射率传感器。
本发明采用的技术方案如下：目前各光子晶体光纤研制公司制作的有源光子晶体光纤主要用于设计激光器，不能直接用于传感，故首先设计一种用于高灵敏度有源折射率传感的双包层掺镱光子晶体光纤(图1)，待测液体填充在光纤包层的气孔中。泵浦光源975nm激光二极管出射光经波分复用器加载到传感器光路中，作为泵浦光在掺Yb3+光纤中泵浦产生1060nm激光，而光纤反射镜和可调谐光栅构成了激光谐振腔。产生的1060nm激光经可调谐光纤光栅输出至功率计，当掺Yb3+光子晶体光纤气孔中填充的待测物质折射率有微小变化时，会引起探测光功率的明显变化，达到测量折射率的目的。
本发明的有源折射率传感系统为全光纤光路设计，调试简单，尤其激光可以在谐振腔内反复振荡，多次通过待测样品，因此可以用非常紧凑的结构获得较高的灵敏度。
下面结合附图对本传感系统进行进一步地描述。
如图1所示，光子晶体光纤是在芯区掺Yb3+的有源光纤，待测液体填充在光纤包层的气孔中。关于在包层孔中填充待测物质，常用毛细管吸附原理，为了加快填充速度，节约填充时间，可以采用真空泵或者注射器抽取。
本传感器系统结构非常简单，泵浦光源975nm激光二极管出射光经波分复用器加载到传感器光路中，作为泵浦光，由光纤耦合器进入掺Yb3+光纤泵浦产生1060nm激光，而光纤反射镜和可调谐光栅构成了激光谐振腔。产生的1060nm激光经可调谐光纤光栅输出至功率计，当掺Yb3+光子晶体光纤气孔中填充的待测物质折射率有微小变化时，会引起探测光功率的明显变化，达到测量折射率的目的。
Claims (1)
1.一种有源光子晶体光纤折射率测量装置，其特征是，结构为：激光二极管出射光经隔离器、波分复用器加载到光子晶体光纤一端，光子晶体光纤另一端连接光纤反射镜，波分复用器加载到光子晶体光纤一端还经可调谐光栅连接到光功率计，光子晶体光纤为双包层掺镱光子晶体光纤，激光二极管975nm出射光作为泵浦光在中心部位掺镱的光子晶体光纤中泵浦产生1060nm激光，光纤反射镜和可调谐光栅构成激光谐振腔，待测液体填充在光纤包层的气孔中。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110190044 CN102353651B (zh) | 2011-07-07 | 2011-07-07 | 有源光子晶体光纤折射率测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110190044 CN102353651B (zh) | 2011-07-07 | 2011-07-07 | 有源光子晶体光纤折射率测量装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102353651A CN102353651A (zh) | 2012-02-15 |
| CN102353651B true CN102353651B (zh) | 2013-07-03 |
Family
ID=45577256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201110190044 Expired - Fee Related CN102353651B (zh) | 2011-07-07 | 2011-07-07 | 有源光子晶体光纤折射率测量装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102353651B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102680096B (zh) * | 2012-05-29 | 2015-05-20 | 南昌航空大学 | 一种低分辨光纤单色仪 |
| CN102809548B (zh) * | 2012-08-22 | 2014-11-19 | 吉林大学 | 一种微孔阶跃多模聚合物光纤液体折射率传感装置 |
| CN104568839B (zh) * | 2014-12-17 | 2017-02-22 | 浙江大学 | 基于光学谐振腔与反射型偏振转换器级联的生物传感器 |
| CN105717069B (zh) * | 2016-04-08 | 2019-02-12 | 暨南大学 | 基于带有微槽结构的dbr激光器的折射率传感器 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201289462Y (zh) * | 2008-11-21 | 2009-08-12 | 浙江大学 | 利用等离子体共振光纤传感器检测液体折射率的装置 |
| CN101539644A (zh) * | 2009-04-29 | 2009-09-23 | 清华大学 | 一种光纤光栅的制作方法及使用该光纤光栅的传感器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8013985B2 (en) * | 2009-03-30 | 2011-09-06 | Corning Incorporated | Methods of measuring the refractive index profile of a transparent cylindrical object |
-
2011
- 2011-07-07 CN CN 201110190044 patent/CN102353651B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201289462Y (zh) * | 2008-11-21 | 2009-08-12 | 浙江大学 | 利用等离子体共振光纤传感器检测液体折射率的装置 |
| CN101539644A (zh) * | 2009-04-29 | 2009-09-23 | 清华大学 | 一种光纤光栅的制作方法及使用该光纤光栅的传感器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Darran K. C. Wu，et al..Ultrasensitive photonic crystal fiber refractive index sensor.《OPTICS LETTERS》.2009,第34卷(第3期),322-324. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102353651A (zh) | 2012-02-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100593727C (zh) | 基于磁流体折射率改变检测磁场变化的装置 | |
| CN205449794U (zh) | 基于单模-无芯-单模双端错位光纤测量液体折射率装置 | |
| CN203025082U (zh) | 一种基于lpg-tfbg结构的折射率传感器 | |
| CN208091588U (zh) | 基于毛细玻璃管封装的微纳长周期光纤光栅温度传感器 | |
| Yang et al. | Optical sensors using chaotic correlation fiber loop ring down | |
| CN102353651B (zh) | 有源光子晶体光纤折射率测量装置 | |
| CN103969221A (zh) | 基于单模-细芯-多模-单模结构的光纤折射率传感器 | |
| CN106500740B (zh) | 一种基于磁场和温度的双参量光纤传感器及其制备方法 | |
| CN203587177U (zh) | 光纤液位传感器 | |
| CN203705627U (zh) | 一种基于sms结构和磁性液体的光纤磁场传感器 | |
| Hu et al. | A hybrid self-growing polymer microtip for ultracompact and fast fiber humidity sensing | |
| CN105044030A (zh) | 光纤纤间倏逝场耦合折射率计及其检测方法 | |
| CN103245638A (zh) | 光子晶体光纤局域表面等离子共振传感器 | |
| CN109632133A (zh) | 一种基于光纤的温度测量装置及方法 | |
| Hao et al. | Surface plasmon resonance refractive index sensor based on active photonic crystal fiber | |
| Wu et al. | Dual-wavelength intensity-modulated Fabry–Perot refractive index sensor driven by temperature fluctuation | |
| CN203083927U (zh) | 基于单模-细芯-多模-单模结构的光纤折射率传感器 | |
| CN105526971A (zh) | 一种基于级联耦合微腔的温度/折射率双参数传感器 | |
| Jiang et al. | Combined-Vernier effect based on hybrid fiber interferometers for ultrasensitive temperature and refractive index sensing | |
| CN102494816B (zh) | 一种基于光子晶体光纤的压力传感方法及传感器 | |
| CN104122227A (zh) | 一种光纤折射率传感器及其制作方法 | |
| CN102809548A (zh) | 一种微孔阶跃多模聚合物光纤液体折射率传感装置 | |
| Dong et al. | Hydroxyethyl cellulose sensitized SMDMS structure with optical fiber relative humidity and temperature simultaneous measurement sensor | |
| CN203811538U (zh) | 马赫-曾德干涉仪与微腔级联的强度探测型传感器 | |
| Yao et al. | Design of an Er-doped surface plasmon resonance-photonic crystal fiber to improve magnetic field sensitivity |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130703 |