CN103123405A - 具有渐变折射率包层的荧光光纤 - Google Patents

Abstract

一种具有渐变折射率包层的荧光光纤，包括纤芯和包层，所述的纤芯是无活性掺杂剂的，所述的包层内掺杂有活性荧光材料，且包层的折射率是沿径向、由靠近纤芯到远离纤芯方向逐渐降低，所述的纤芯的折射率的大于包层折射率的最大值，其活性掺杂位于包层内，而在纤芯无活性掺杂，且包层折射率是沿光纤径向方向逐渐降低，可以将入射光波和带有传感信息的荧光光波在纤芯远距离传输，并可使包层内被激发的荧光光波尽可能多的再耦合如纤芯，从而达到分布式或准分布式监测传感的目的，该荧光光纤具有使用方便、成本低，具有较好的应用前景。

Description

具有渐变折射率包层的荧光光纤

技术领域

本发明涉及一种光纤，具体涉及一种具有渐变折射率包层的荧光光纤。

背景技术

现有的荧光光纤温度传感装置只有是单点测量，无法做到分布式或准分布式的测量，主要原因是当在荧光光纤的纤芯掺杂有活性荧光物质后，该荧光物质对纤芯内传输的光波吸收较大，导致不论是入射光波还是带有温度信号的荧光光波传输的距离较短，所以只能用于单点测量。限制了荧光光纤传感装置在准分布式或分布式监测方面的推广使用。

中国专利申请号201110053079.0《对泵浦光高效率吸收的包层泵浦光纤》的文中揭示了一种双包层光纤，其中的内包层的折射率是由靠近纤芯到外包层方向逐渐降低，其优点是可以将进入内包层的光波尽量多的耦合入纤芯，以利于光纤激光的高效产生。通过该专利的说明书可以看出，其纤芯沉积时掺杂有稀土元素，这是为了产生激光的目的而做的，若用于传感领域，则会由于纤芯大量的、高浓度的稀土元素的存在，会造出光损耗的大幅增加，导致光波在纤芯内无法长距离的传输。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种具有渐变折射率包层的荧光光纤，一方面可以将入射光波和带有传感信息的荧光光波在纤芯远距离传输，达到分布式或准分布式监测传感的目的，同时，将耦合入包层内的入射光所激发出的荧光光波尽可能的再耦合进入纤芯，以便于在该荧光光纤的端部通过光探测装置获取该荧光光波并解调出待测物理量的变化，该荧光光纤具有使用方便、成本低，具有较好的应用前景。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种具有渐变折射率包层的荧光光纤，包括纤芯和包层，所述的纤芯是无活性掺杂剂的，所述的包层内掺杂有活性荧光材料，且包层的折射率是沿径向、由靠近纤芯到远离纤芯方向逐渐降低，所述的纤芯的折射率的大于包层折射率的最大值。

所述的包层的折射率是渐变分布，包层的折射率是沿径向、由靠近纤芯到远离纤芯方向按照渐变函数关系递减变化。

所述的渐变函数是二次函数。

所述的纤芯、包层均为硅石基玻璃材料构成。硅石基玻璃材料可以是石英玻璃材料，或是添加有二氧化锗等添加剂的石英玻璃材料。

所述的纤芯、包层至少有一层是由高分子材料构成。高分子材料可以是有机玻璃、透明的氟烯烃等材料。

在所述的包层内、纤芯和包层分界面至距纤芯和包层分界面径向距离不大于5微米的区域内没有掺杂活性荧光材料。

所述的荧光材料是有机染料。如罗丹明及其衍生物类，香豆素类衍生物等有机分子荧光材料。

所述的荧光材料是含有钕离子、铒离子、镱离子、镨离子、铥离子、铕离子或钬离子的材料。

在所述的包层外还有一层外包层，所述的包层折射率的最小值大于外包层的折射率。

所述的外包层材料是硅石基玻璃材料或高分子材料。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、该荧光光纤，其活性掺杂剂位于包层内，而在纤芯中无活性掺杂剂，且包层的折射率是由靠近纤芯到外包层方向逐渐降低，这样一方面可以将入射光波和带有传感信息的荧光光波在纤芯远距离传输，同时，将耦合入包层内的入射光所激发出的荧光光波尽可能的再耦合进入纤芯，从而达到分布式或准分布式监测传感的目的。

2、在所述的包层的、距纤芯和包层分界面不大于5微米的区域没有掺杂活性荧光材料，只有在弯曲、微弯或光纤变形等条件下，入射光才会有部分耦合进入包层内，可用于弯曲、应力等物理量的监测，从而扩展了该荧光光纤的使用用途。

综上所述，本发明的荧光光纤结构简单、成本低、用途光，可实现分布式或准分布式监测传感的目的，具有较好的市场前景。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例2的结构示意图。

附图标记说明：

1-纤芯；2-包层；3-外包层；4-未掺杂的包层区域。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的一种具有渐变折射率包层的荧光光纤，包括纤芯1和包层2，所述的纤芯1是无活性掺杂剂的，所述的包层2内掺杂有活性荧光材料，且包层2的折射率是沿径向、由靠近纤芯1到远离纤芯1方向逐渐降低，所述的纤芯1的折射率的大于包层2折射率的最大值。该荧光光纤内入射的光波信号绝大部分在纤芯1内传输，但会有少量的光波信号在包层2内传输，入射的光波可以激发位于包层2掺杂的活性荧光材料，后者发出荧光，并有部分荧光耦合进入纤芯1内传输，该荧光可以被安装在荧光光纤端头的探测器获取；当位于包层2掺杂的活性荧光材料随着外界物理量变化时，在入射光波的激发下产生的荧光也有变化，则探测器就可获得带有待测物理量信息的荧光光波，根据入射光波和荧光光波与时间的关系，就可以知道待测物理量的位置，达到分布式或准分布式监测传感的目的。

优选的，所述的包层2的折射率是渐变分布，包层2的折射率是沿径向、由靠近纤芯1到远离纤芯1方向按照渐变函数关系递减变化。优选的，所述的渐变函数是二次函数。

优选的，所述的纤芯1、包层1均为硅石基玻璃材料构成。硅石基玻璃材料可以是石英玻璃材料，或是添加有二氧化锗等添加剂的石英玻璃材料。

优选的，所述的纤芯1、包层2至少有一层是由高分子材料构成。高分子材料可以是有机玻璃、透明的氟烯烃等材料。

优选的，所述的荧光材料是有机染料。如罗丹明及其衍生物类，香豆素类衍生物等有机分子荧光材料。

优选的，所述的荧光材料是含有钕离子、铒离子、镱离子、镨离子、铥离子、铕离子或钬离子的材料。

在所述的包层外还有一层外包层，所述的包层折射率的最小值大于外包层的折射率。

所述的外包层材料是硅石基玻璃材料或高分子材料。

实施例2

如图2所示，本实施例中，与实施例1不同的是在所述的包层2内、纤芯1和包层2分界面至距纤芯1和包层2分界面径向距离不大于5微米的区域内是未掺杂的包层区域4，即未掺杂的包层区域4内无荧光材料。这样，只有在该荧光光纤处于弯曲、微弯或变形等条件下，入射光才会有部分耦合进入包层2中并激发出荧光，从而扩展了该荧光光纤的使用用途。优选的，在所述的包层2外还有一层外包层3，所述的包层2折射率的最小值大于外包层3的折射率。

本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有渐变折射率包层的荧光光纤，其特征在于：包括纤芯和包层，所述的纤芯是无活性掺杂剂的，所述的包层内掺杂有活性荧光材料，且包层的折射率是沿径向、由靠近纤芯到远离纤芯方向逐渐降低，所述的纤芯的折射率的大于包层折射率的最大值。

2.根据权利要求1所述的一种具有渐变折射率包层的荧光光纤，其特征在于：所述的包层的折射率是渐变分布，包层的折射率是沿径向、由靠近纤芯到远离纤芯方向按照渐变函数关系递减变化。

3.根据权利要求2所述的一种具有渐变折射率包层的荧光光纤，其特征在于：所述的渐变函数是二次函数。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种具有渐变折射率包层的荧光光纤，其特征在于：所述的纤芯、包层均为硅石基玻璃材料构成。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种具有渐变折射率包层的荧光光纤，其特征在于：所述的纤芯、包层至少有一层是由高分子材料构成。

6.根据权利要求1、2或3所述的一种具有渐变折射率包层的荧光光纤，其特征在于：在所述的包层内、纤芯和包层分界面至距纤芯和包层分界面径向距离不大于5微米的区域内没有掺杂活性荧光材料。

7.根据权利要求1所述的一种具有渐变折射率包层的荧光光纤，其特征在于：所述的荧光材料是有机染料。

8.根据权利要求1所述的一种具有渐变折射率包层的荧光光纤，其特征在于：所述的荧光材料是含有钕离子、铒离子、镱离子、镨离子、铥离子、铕离子或钬离子的材料。

9.根据权利要求1、2或3所述的一种具有渐变折射率包层的荧光光纤，其特征在于：在所述的包层外还有一层外包层，所述的包层折射率的最小值大于外包层的折射率。

10.根据权利要求9所述的一种具有渐变折射率包层的荧光光纤，其特征在于：所述的外包层材料是硅石基玻璃材料或高分子材料。

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