CN107490561A - 一种高灵敏倾斜光纤光栅低折射率传感检测装置 - Google Patents

一种高灵敏倾斜光纤光栅低折射率传感检测装置 Download PDF

Info

Publication number
CN107490561A
CN107490561A CN201710605558.6A CN201710605558A CN107490561A CN 107490561 A CN107490561 A CN 107490561A CN 201710605558 A CN201710605558 A CN 201710605558A CN 107490561 A CN107490561 A CN 107490561A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lpfg
polarization
light
inclination angle
pattern
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.)
Granted
Application number
CN201710605558.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107490561B (zh
Inventor
李志红
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wenzhou University
Original Assignee
Wenzhou University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wenzhou University filed Critical Wenzhou University
Priority to CN201710605558.6A priority Critical patent/CN107490561B/zh
Publication of CN107490561A publication Critical patent/CN107490561A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107490561B publication Critical patent/CN107490561B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • G01N21/4133Refractometers, e.g. differential
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • G01N2021/416Visualising flow by index measurement

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明提供一种高灵敏倾斜光纤光栅低折射率传感检测装置,包括宽带光源、偏振控制器、光隔离器、极大倾角长周期光纤光栅和光谱分析仪。宽带光源产生入射光,经偏振控制器偏振为单一偏振方向的p偏振光或s偏振光后,通过光隔离器并经光纤跳线输入至极大倾角长周期光纤光栅中,在极大倾角长周期光纤光栅中,通过设置合适的参数使得纤芯导模仅与简并的高阶LP1,j偏振包层模式发生模式耦合,并处于LP1,j偏振包层模式的双峰谐振状态,并结合参数优化,最终实现一种在低折射率区域具有较高传感灵敏度、分辨率高、结构简单、易制备等优点的低折射率传感器。

Description

一种高灵敏倾斜光纤光栅低折射率传感检测装置
技术领域
本发明涉及长周期光纤光栅技术领域,尤其涉及一种高灵敏倾斜光纤光栅低折射率传感检测装置。
背景技术
长周期光纤光栅(long period fiber grating,LPFG)是一种在纤芯、包层或二者中引入周期性折射率扰动的无源光子器件,能够在多个分立的谐振波长处实现纤芯导模和同向传输包层模之间的模式耦合,从而在其透射谱中产生多个分立的谐振峰。由于外界环境折射率的变化会对包层模的模式特性产生较大影响,且模次越高,外界环境对其影响越大,因此长周期光纤光栅是一种重要的折射率传感检测装置件。
为提高LPFG的折射率传感灵敏度,目前常用的方法是应用双峰谐振LPFG(Opt.Express 24(16),17680-17685,2016)。双峰谐振LPFG能在色散转折点(turningaround point,TAP)附近的两个谐振波长处使纤芯导模耦合至同一阶次包层膜,从而在其透射谱中产生两个谐振峰。当环境折射率发生变化时,这两个谐振峰分别沿着相反的方向移动,通过监测谐振波长的移动,即可实现环境折射率的传感。与普通的LPFG相比,TAP附近的谐振波长随着环境折射率的变化会发生较大的漂移,因此双峰谐振LPFG具有非常高的传感灵敏度。
在LPFG表面镀传感膜可以进一步提高LPFG的传感性能(Opt.Lett.37(19),4152-4154,2012)。例如,通过在LPFG表面引入亚微米量级高折射率(大于光纤包层折射率)传感膜构成镀膜LPFG,能有效增强光纤模式与外界环境的互作用程度。随着膜层厚度增加,高次包层模式逐渐转化为相邻的低次包层模式,相应的低次包层模式逐渐转化为膜层内传输模式。又如,通过设置合适的膜层厚度和折射率,可以优化镀膜LPFG的折射率传感特性。同时,在双峰谐振LPFG表面引入单层或多层传感膜,即构成镀膜双峰谐振LPFG,从而结合双峰谐振和模式转换效应,可极大提高LPFG器件的传感性能。此外,镀膜双峰谐振LPFG可针对性地选择对待测样品特异性敏感的膜层材料,因而扩展了LPFG的应用领域。然而,镀膜双峰谐振LPFG需要精确控制膜层参数,如膜层厚度、折射率和表面均匀度等,因此在实际应用中传感检测装置需要较复杂的制备工艺和过程。
通常情况下,目前广泛应用的双峰谐振LPFG或镀膜双峰谐振LPFG通常是基于纤芯导模和低阶对称包层模LP0,j或HE1,j之间的模式耦合效应,因而其传感性能主要依赖于外界环境对纤芯导模和包层模LP0,j或HE1,j之间模式耦合特性的影响,且在低折射率区域的感知能力较差。相比于低阶包层模,外界环境的变化对高阶包层模LPv,j(v≥1)的模式特性会产生更大的影响。因此基于高阶包层模谐振的LPFG器件会具有比普通LPFG器件更高的传感灵敏度。然而,普通的LPFG只能实现纤芯导模和低阶对称包层模LP0,j或HE1,j之间的模式耦合。相比于普通的LPFG器件,倾斜LPFG(TLPFG)能够实现纤芯导模和高阶包层模LPv,j(v≥1)之间的模式耦合,从而为实现高灵敏LPFG器件提供了可能。然而,目前广泛研究的TLPFG折射率传感检测装置主要是基于常规的模式耦合特性,即多个分立谐振波长处的不同阶包层模(同时包括低阶和高阶包层模式)谐振效应(Opt.Laser Technol.48(2013),60-66,2013),这在一定程度上增加了TLPFG器件的光谱解调难度,且传感灵敏度提高范围有限,难以满足生化领域低折射率样品的传感检测。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于,提供一种基于LP1,j模式双峰谐振的高灵敏倾斜光纤光栅低折射率传感检测装置,实现了低折射率区域的高灵敏传感,且传感分辨率高,具有结构简单、易制备等优点。
为了解决上述技术问题,本发明实施例提供了一种高灵敏倾斜光纤光栅低折射率传感检测装置,包括:
一宽带光源,用于产生具有一定宽波段的入射光;
一偏振控制器,用于接收所述宽带光源形成的入射光,并输出单一偏振方向的偏振光;其中,所述偏振光为p偏振光或s偏振光;
一光隔离器,用于允许所述偏振控制器发出的偏振光通过,并阻止与所述偏振控制器输出光传输方向相反的光通过;
一具有一定光栅倾角极大倾角长周期光纤光栅,所述极大倾角长周期光纤光栅放置于具有待测样品的一反应池中并与所述待测样品发生相互作用,其一端通过光纤跳线与所述光隔离器相连,用于接收所述光隔离器允许通过的偏振光;根据所述接收到的偏振光并设置合适的倾角极大倾角长周期光纤光栅参数,使得光栅区域内纤芯导模仅与简并的高阶LP1,j偏振包层模式发生模式耦合,并处于双峰谐振状态,从而在其透射谱中产生两个谐振峰;其中,所述简并的LP1,j偏振模式包括p偏振LP1,j模式和s偏振LP1,j模式;当所述偏振光为p偏振光时,参与模式耦合的LP1,j模式为p偏振LP1,j模式;当所述偏振光为s偏振光时,参与模式耦合的LP1,j模式为s偏振LP1,j模式;
一光谱分析仪,所述光谱分析仪通过光纤跳线与所述极大倾角长周期光纤光栅的另一端相连,用于接收所述极大倾角长周期光纤光栅产生的与偏振相关的双峰谐振透射谱;所述接收到的双峰谐振波长随待测样品参数(如液体浓度、分子浓度、气液体折射率等)变化而沿相反方向发生漂移,通过确定双峰谐振波长之间的间距来实现对所述待测样品的检测。
其中,所述p偏振LP1,j模式是由TM0,j和p偏振HE2,j矢量模式组成;所述s偏振LP1,j模式是由TE0,j和s偏振HE2,j矢量模式组成。
其中,所述长周期光纤光栅为光栅倾角为87°的长周期光纤光栅,其上所预设的参数包括光纤纤芯半径、光纤包层半径、光栅周期、折射率调制幅度和光栅长度。
其中,所述光纤跳线为单模光纤跳线;所述长周期光纤光栅为光栅倾角为87°的单模倾斜长周期光纤光栅,其上所预设的一组典型参数为:光纤纤芯半径为4.15μm,光纤包层半径介于14.6μm~62.5μm之间,光栅周期介于177μm~277μm之间,折射率调制幅度为2.0×10-4,光栅长度介于15mm~30mm之间。
其中,所述长周期光纤光栅上所预设的一组典型参数为:光纤纤芯半径为4.15μm,光纤包层半径为62.5μm,光栅周期275.3μm,折射率调制幅度为2.0×10-4,光栅长度29mm。
其中,所述长周期光纤光栅上所预设的一组典型参数为:光纤纤芯半径为4.15μm,光纤包层半径为14.6μm,光栅周期276.4μm,折射率调制幅度为2.0×10-4,光栅长度15mm。
其中,所述宽带光源产生具有波段介于1200nm~1700nm之间的红外光。
其中,所述待测样品包括气体、液体等。
实施本发明实施例,具有如下有益效果:
1)通过采用极大倾角(如87°)长周期光纤光栅(Ex-TLPFG)并设置合适的参数,如光栅周期等,使Ex-TLPFG工作于高阶简并偏振模式LP1,j的双峰谐振状态。由于高阶简并偏振模式LP1,j的模式特性(如有效折射率)易受环境影响,因此Ex-TLPFG的LP1,j模式双峰谐振对待测环境参数(如液体浓度、分子浓度、气液体折射率等)变化具有非常高的感知能力;
2)通过简单、低成本且有效的腐蚀半径的方法,可进一步提高Ex-TLPFG传感器的灵敏度,特别是在普通LPFG和TLPFG传感器感知能力较差的低折射率区域,基于LP1,j模式双峰谐振Ex-TLPFG传感器展现出非常高的折射率传感灵敏度;
因此,实现了低折射率区域的高灵敏传感,且传感分辨率高。此外该传感器具有结构简单、易于制备、适用于低折射率气液体在线直接测量等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明实施例提供的高灵敏倾斜光纤光栅低折射率传感检测装置的系统结构示意图;
图2为图1中极大倾角长周期光纤光栅的物理原理图;
图3为图2中极大倾角长周期光纤光栅实现LP1,j模式的相位匹配曲线图;其中,(a)为大范围内的相位匹配曲线图;(b)为小范围内的相位匹配曲线图;
图4为图2中极大倾角长周期光纤光栅对应不同偏振模式下的透射光谱图;其中,(a)为p偏振情况下的透射光谱图;(b)为s偏振情况下的透射光谱图;
图5为图2中极大倾角长周期光纤光栅对应不同偏振模式下LP1,j双峰谐振光谱随待测样品折射率的曲线变化图;其中,(a)为p偏振情况下LP1,j双峰谐振光谱随待测样品折射率的曲线变化图;(b)为s偏振情况下LP1,j双峰谐振光谱随待测样品折射率的曲线变化图;
图6为图2中极大倾角长周期光纤光栅的传感特性曲线图;其中,(a)为LP1,j模式谐振峰间隔随待测样品折射率的变化曲线图;(b)为传感灵敏度随待测样品折射率的变化曲线图;
图7为图2中极大倾角长周期光纤光栅减少半径后的传感特性曲线图;其中,(a)为减少半径后LP1,j模式谐振峰间隔随待测样品折射率的变化曲线图;(b)为减少半径后传感灵敏度随待测样品折射率的变化曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示,为本发明实施例中,提供的一种高灵敏倾斜光纤光栅低折射率传感检测装置,包括:
一宽带光源1,用于产生具有一定宽波段的入射光;其中,宽带光源1上产生具有波段介于1200nm~1700nm之间的红外光;
一偏振控制器2,用于接收宽带光源1形成的入射光,并输出为单一偏振方向的偏振光;其中,偏振光为p偏振光或s偏振光;
一光隔离器3,用于允许偏振控制器2输出的偏振光通过,并阻止与偏振控制器2输出光方向相反的光通过;
一具有一定光栅倾角和预设参数的极大倾角长周期光纤光栅4,该极大倾角长周期光纤光栅4放置于具有待测样品的一反应池5中并与待测样品发生相互作用,其一端通过光纤跳线与光隔离器3相连,用于接收光隔离器3允许通过的偏振光,根据接收到的偏振光并设置合适的倾角极大倾角长周期光纤光栅4参数,使得光栅区域内纤芯导模仅与简并的高阶LP1,j偏振包层模式发生模式耦合,并处于双峰谐振状态,从而在其透射谱中产生两个谐振峰;其中,简并的LP1,j偏振模式包括p偏振LP1,j模式和s偏振LP1,j模式;当偏振光为p偏振光时,参与模式耦合的LP1,j模式为p偏振LP1,j模式;当偏振光为s偏振光时,参与模式耦合的LP1,j模式为s偏振LP1,j模式;
一光谱分析仪6,该光谱分析仪6通过光纤跳线与极大倾角长周期光纤光栅4的另一端相连,用于接收极大倾角长周期光纤光栅4产生的与偏振相关的双峰谐振透射谱;光谱分析仪6接收到的双峰谐振波长随待测样品参数(如液体浓度、分子浓度、气液体折射率等)变化而沿相反方向发生漂移,通过确定双峰谐振波长之间的间距来实现对待测样品的检测。
应当说明的是,待测样品包括气体、液体等。在进行气体或液体原位测量时,反应池5可以去掉,直接将极大倾角长周期光纤光栅4置于待测气体或液体中即可。
在本发明实施例中,实现LP1,j简并模式双峰谐振的极大倾角长周期光纤光栅4作为关键传感元件,如图2所示,该极大倾角长周期光纤光栅4为光栅倾角为87°的长周期光纤光栅,其上所预设的参数包括光纤纤芯半径、光纤包层半径、光栅周期、折射率调制幅度和光栅长度。
在一个实施例中,光纤跳线为单模光纤跳线;该极大倾角长周期光纤光栅4为光栅倾角为87°的单模倾斜长周期光纤光栅,其上所预设的一组典型参数包括:光纤纤芯半径为4.15μm,光纤包层半径介于14.6μm~62.5μm之间,光栅周期介于177μm~277μm之间,折射率调制幅度为2.0×10-4,光栅长度介于15mm~30mm之间
根据偏振控制器2产生不同的偏振光,通过极大倾角长周期光纤光栅4后产生高阶简并偏振模式LP1,j的双峰谐振透射谱,进而分别得到p偏振和s偏振情况下的传感特性。在极大倾角长周期光纤光栅4中,LP1,j模式是偏振相关的高阶简并模式(由TE/TM0,j和HE2,j矢量模式构成),其中,p偏振LP1,j模式是由TM0,j和p偏振HE2,j矢量模式组成,s偏振LP1,j模式是由TE0,j和s偏振HE2,j矢量模式组成,且p偏振LP1,j模式和s偏振LP1,j模式不能发生相互耦合,如图4所示。
因此,在极大倾角长周期光纤光栅4的预设参数中,通过设置合适的光栅周期,可使纤芯导模仅耦合至高阶简并模式LP1,j,如图3所示,进而实现高阶简并模式LP1,j的双峰谐振效应,如图4所示。根据LP1,j模式的简并及偏振特性,LP1,j的双峰谐振由TE/TM0,j和HE2,j矢量模式的双峰谐振合成。具体为:p偏振LP1,j模式双峰谐振由TM0,j和p偏振HE2,j矢量模式双峰谐振叠加组成,s偏振LP1,j模式双峰谐振由TE0,j和s偏振HE2,j矢量模式双峰谐振叠加组成,如图4所示。
由于LP1,j模式的偏振相关特性,相同参数下极大倾角长周期光纤光栅4的p偏振和s偏振透射谱特性不同,主要表现在谐振峰(谐振波长)位置、谐振峰强度和谐振峰形状等方面。当外界待测样品参数(如液体浓度、分子浓度、气液体折射率等)发生变化时,极大倾角长周期光纤光栅4的p偏振和s偏振双峰谐振变化不一样,如图5所示。因此,不同偏振状态下,Ex-TLPFG的传感特性不同,如图6所示。
同时,在实际应用中,减小包层半径是进一步增强极大倾角长周期光纤光栅4模式与外界环境互作用程度的一种简单但有效的方法。通过减小光纤包层半径,使更多的光纤模式能量以倏逝场的形式延伸至待测环境中,从而增强极大倾角长周期光纤光栅4对环境参数变化的感知能力,如图7所示。
在一个实施例中,极大倾角长周期光纤光栅4上所预设的一组典型参数包括光纤纤芯半径为4.15μm,光纤包层半径为62.5μm,光栅周期275.3μm,折射率调制幅度为2.0×10-4,光栅长度29mm。然而,为了进一步提高传感器的灵敏度,特别是提高传感器在低折射率区域的感知能力,采用简单、低成本且有效的腐蚀包层半径的方法增强极大倾角长周期光纤光栅4中高阶简并模式LP1,j与外界环境的互作用程度,从而实现低折射率样品的高灵敏传感检测,腐蚀后的极大倾角长周期光纤光栅4上所预设的一组典型参数包括光纤纤芯半径为4.15μm,光纤包层半径为14.6μm,光栅周期276.4μm,折射率调制幅度为2.0×10-4,光栅长度15mm。
腐蚀半径的极大倾角长周期光纤光栅4在低折射率区域(1.33)的灵敏度高达9300nm/RIU,远高于普通LPFG和表面等离子体共振LPFG的传感灵敏度(其灵敏度典型值分别为8734nm/RIU和4900nm/RIU),同时与普通镀膜LPFG的传感灵敏度在同一量级(9100nm/RIU)。
本发明实施例中高灵敏倾斜光纤光栅低折射率传感检测装置的工作原理为:宽带光源1输出包含近红外波段的宽波段输入光,进入至偏振控制器2后,其输出为单一偏振方向的p偏振光或s偏振光。在图2中,对于p偏振光,其电场分量平行与x方向且处于x-z平面内;对于s偏振光,其电场垂直于x方向且处于y-z平面内。p偏振光和s偏振光相互正交,不会发生模式耦合。p偏振光的归一化电磁场分量可表示为:
其中v=0,1,2...表示模式角向阶数,l=1,2,3...表示模式次数。将式中参量(vφ)转换为(vφ-π/2)即可得到s偏振光的归一化电磁场分量。
p偏振光或s偏振光进入至光隔离器3,输出后经过单模光纤跳线进入至放置于待测样品反应池5内的极大倾角长周期光纤光栅4中。在倾斜光纤光栅区域,纤芯导模与高阶简并模式LP1,j发生模式耦合。对于p偏振光,其耦合过程可通过如下方程描述:
其中是纤芯导模或包层模的传播常数实部,为纤芯导模或包层模的自耦合系数,K±表示纤芯导模和包层模之间的交叉耦合系数。和K±可分别通过下式计算:
式中C(r)和S(r)为角向积分,可通过下式计算:
其中K=π/Λ。通过求解耦合方程,即可得到p偏振光通过光栅区域后的透射谱。对于s偏振光,其透射谱可通过调换C(r)和S(r)并求解耦合模方程得到。
相位匹配条件(phase matching condition,PMC)是描述Ex-TLPFG谐振波长、光栅周期与谐振模式三者之间关系最为重要的工具,可表示为:
其中是纤芯导模和包层模在波长为λ时的有效折射率。显然,谐振波长与纤芯导模和包层模有效折射率差及光栅周期密切相关,而纤芯导模和包层模有效折射率与外界环境有关。
通过设置合适的倾斜光纤光栅周期,使Ex-TLPFG的模式耦合仅发生在纤芯导模和高阶简并模式LP1,j之间。由于LP1,j模式的简并特性,Ex-TLPFG的透射谱是TE/TM0,j和HE2,j矢量模式透射谱的叠加合成;由于与LP1,j模式的偏振特性,Ex-TLPFG的透射谱与LP1,j模式的偏振态密切相关。同时,根据PMC条件设置合适的倾斜光纤光栅周期,使Ex-TLPFG工作于高阶简并模式LP1,j的双峰谐振状态。当待测样品折射率发生变化时,相应的输出光谱的两个谐振峰(或谐振波长)会沿相反方向出现漂移,通过检测谐振波长相应于待测样品折射率变化的漂移量,从而实现待测样品折射率的传感检测。由于高阶简并模式LP1,j的模式特性易受环境影响,从而增强了传感器对环境的感知能力。特别是在普通LPFG传感器感知能力较差的低折射率区域,应用Ex-TLPFG高阶模式LP1,j的双峰谐振效应可实现高灵敏的传感检测。此外,通过调整偏振控制器2的参数,可在同一传感器设备中分别得到p偏振和s偏振情况下的传感特性。
实施本发明实施例,具有如下有益效果:
1)通过采用极大倾角(如87°)长周期光纤光栅(Ex-TLPFG)并设置合适的参数,如光栅周期等,使Ex-TLPFG工作于高阶简并模式LP1,j的双峰谐振状态。由于高阶简并模式LP1,j的模式特性易受环境影响,因此Ex-TLPFG的LP1,j模双峰谐振对环境变化具有非常高的感知能力;
2)通过简单、低成本且有效的腐蚀半径的方法,可进一步提高Ex-TLPFG传感器的灵敏度,特别是在普通TLPFG传感器感知能力较差的低折射率区域,基于LP1,j模式双峰谐振Ex-TLPFG展现出非常高的折射率传感灵敏度;
因此,实现了低折射率区域的高灵敏传感,且传感分辨率高。此外该传感器具有结构简单、易于制备、适用于低折射率气液体在线直接测量等优点。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明权利要求所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种高灵敏倾斜光纤光栅低折射率传感检测装置,其特征在于,包括:
一宽带光源(1),用于产生具有一定宽波段的入射光;
一偏振控制器(2),用于接收所述宽带光源(1)形成的入射光,并将所述入射光偏振为单一偏振方向的偏振光;其中,所述偏振光为p偏振光或s偏振光;
一光隔离器(3),用于允许从所述偏振控制器(2)入射的偏振光通过,并阻止与所述偏振控制器(2)入射光方向相反的光通过;
一具有一定光栅倾角的极大倾角长周期光纤光栅(4),所述极大倾角长周期光纤光栅(4)放置于具有待测样品的一反应池(5)中并与所述待测样品发生相互作用,其一端通过光纤跳线与所述光隔离器(3)相连,用于接收所述光隔离器(3)允许通过的偏振光,根据所述接收到的偏振光并设置合适的所述极大倾角长周期光纤光栅(4)的参数,使得光栅区域内纤芯导模仅与简并的高阶LP1,j偏振包层模式发生模式耦合,并处于双峰谐振状态;其中,所述简并的LP1,j偏振包层模式包括p偏振LP1,j模式和s偏振LP1,j模式;当所述偏振光为p偏振光时,发生模式耦合的LP1,j模式为p偏振LP1,j模式;当所述偏振光为s偏振光时,发生模式耦合的LP1,j模式为s偏振LP1,j模式;
一光谱分析仪(6),所述光谱分析仪(6)通过光纤跳线与所述极大倾角长周期光纤光栅(4)的另一端相连,用于接收所述工作于双峰谐振状态的极大倾角长周期光纤光栅(4)的输出光,并根据所述接收到的处于双峰谐振状态的输出光,通过确定其双峰谐振波长随环境参数变化的漂移来实现对所述待测样品的检测。
2.如权利要求1所述的高灵敏倾斜光纤光栅低折射率传感检测装置,其特征在于,所述p偏振LP1,j模式是由TM0,j和p偏振HE2,j矢量模式组成;所述s偏振LP1,j模式是由TE0,j和s偏振HE2,j矢量模式组成。
3.如权利要求1所述的高灵敏倾斜光纤光栅低折射率传感检测装置,其特征在于,所述极大倾角长周期光纤光栅(4)为光栅倾角为87°的长周期光纤光栅,其上所预设的参数包括光纤纤芯半径、光纤包层半径、光栅周期、折射率调制幅度和光栅长度。
4.如权利要求3所述的高灵敏倾斜光纤光栅低折射率传感检测装置,其特征在于,所述光纤跳线为单模光纤跳线;所述长周期光纤光栅(4)为光栅倾角为87°的单模倾斜长周期光纤光栅,其上所预设的一组典型参数为光纤纤芯半径为4.15μm,光纤包层半径介于14.6μm~62.5μm之间,光栅周期介于177μm~277μm之间,折射率调制幅度为2.0×10-4,光栅长度介于15mm~30mm之间。
5.如权利要求4所述的高灵敏倾斜光纤光栅低折射率传感检测装置,其特征在于,所述极大倾角长周期光纤光栅(4)上所预设的一组典型参数为光纤纤芯半径为4.15μm,光纤包层半径为62.5μm,光栅周期275.3μm,折射率调制幅度为2.0×10-4,光栅长度29mm。
6.如权利要求4所述的高灵敏倾斜光纤光栅低折射率传感检测装置,其特征在于,所述极大倾角长周期光纤光栅(4)上所预设的一组典型参数为光纤纤芯半径为4.15μm,光纤包层半径为14.6μm,光栅周期276.4μm,折射率调制幅度为2.0×10-4,光栅长度15mm。
7.如权利要求1所述的高灵敏倾斜光纤光栅低折射率传感检测装置,其特征在于,所述宽带光源(1)产生波段介于1200nm~1700nm之间的红外光。
8.如权利要求1所述的高灵敏倾斜光纤光栅低折射率传感检测装置,其特征在于,所述待测样品包括气体、液体等。
CN201710605558.6A 2017-07-24 2017-07-24 一种高灵敏倾斜光纤光栅低折射率传感检测装置 Active CN107490561B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710605558.6A CN107490561B (zh) 2017-07-24 2017-07-24 一种高灵敏倾斜光纤光栅低折射率传感检测装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710605558.6A CN107490561B (zh) 2017-07-24 2017-07-24 一种高灵敏倾斜光纤光栅低折射率传感检测装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107490561A true CN107490561A (zh) 2017-12-19
CN107490561B CN107490561B (zh) 2019-10-25

Family

ID=60644702

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710605558.6A Active CN107490561B (zh) 2017-07-24 2017-07-24 一种高灵敏倾斜光纤光栅低折射率传感检测装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107490561B (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108680531A (zh) * 2018-05-22 2018-10-19 温州大学 二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器及检测系统
CN108760683A (zh) * 2018-05-02 2018-11-06 南昌大学 一种利用波长大于纤芯模波长区域内共振测量溶液折射率的方法
CN109187442A (zh) * 2018-09-12 2019-01-11 温州大学 石墨烯增强倾斜光纤光栅泄漏模谐振传感器及其检测系统
CN109211838A (zh) * 2018-07-25 2019-01-15 东北大学 一种超高灵敏度的长周期光子晶体光纤光栅折射率传感器
CN109975244A (zh) * 2019-04-16 2019-07-05 中国计量大学 基于星形金纳米修饰的大角度倾斜光纤光栅生物传感器
CN110715901A (zh) * 2019-10-09 2020-01-21 温州大学 倾斜光纤光栅梳状泄漏模谐振激发方法、偏振滤波器及传感系统
CN111399109A (zh) * 2019-07-10 2020-07-10 南开大学 基于倾斜弧形调制结构的长周期光纤光栅
CN112051237A (zh) * 2020-09-10 2020-12-08 重庆理工大学 一种用于检测禽流感病毒的生物传感器及其制备方法
CN113324948A (zh) * 2021-05-28 2021-08-31 武汉理工大学 混合液芯光纤长周期光栅温度和折射率双参量传感器
CN116952901A (zh) * 2023-07-14 2023-10-27 西安石油大学 基于倾斜光纤光栅的实验装置、实验方法及伸长量测量装置

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0767391A2 (en) * 1995-10-04 1997-04-09 AT&T Corp. Temperature insensitive long-period fiber grating devices
US5757540A (en) * 1996-09-06 1998-05-26 Lucent Technologies Inc. Long-period fiber grating devices packaged for temperature stability
EP0909965A1 (en) * 1997-10-16 1999-04-21 Lucent Technologies Inc. Recoatable temperature-insensitive long-period gratings
JP2004012368A (ja) * 2002-06-10 2004-01-15 Fujikura Ltd 屈折率変化の測定方法
CN202057828U (zh) * 2011-02-28 2011-11-30 南开大学 折射率沿光纤轴向调制的超长周期光纤光栅
TW201224545A (en) * 2010-12-01 2012-06-16 Univ Cheng Shiu Refractive index sensor of long-period fiber grating and the method thereof
CN103604777A (zh) * 2013-12-02 2014-02-26 暨南大学 正交偏振光纤生物折射率传感器及其检测方法
CN104777132A (zh) * 2015-04-28 2015-07-15 天津理工大学 基于薄包层长周期光纤光栅偏振特性的环境折射率测量方法
CN104864895A (zh) * 2015-04-30 2015-08-26 天津大学 基于碳纳米材料少模长周期光纤光栅的测量方法及传感器
CN106248622A (zh) * 2016-10-19 2016-12-21 中国计量大学 一种基于pcf空气腔和倾斜光纤光栅的相对湿度传感器
CN106556574A (zh) * 2015-09-24 2017-04-05 深圳先进技术研究院 在线双光束干涉型光纤折射率传感器及折射率检测装置
CN107014776A (zh) * 2017-03-22 2017-08-04 天津大学 基于超连续谱光源的液体折射率测量装置及方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0767391A2 (en) * 1995-10-04 1997-04-09 AT&T Corp. Temperature insensitive long-period fiber grating devices
US5757540A (en) * 1996-09-06 1998-05-26 Lucent Technologies Inc. Long-period fiber grating devices packaged for temperature stability
EP0909965A1 (en) * 1997-10-16 1999-04-21 Lucent Technologies Inc. Recoatable temperature-insensitive long-period gratings
JP2004012368A (ja) * 2002-06-10 2004-01-15 Fujikura Ltd 屈折率変化の測定方法
TW201224545A (en) * 2010-12-01 2012-06-16 Univ Cheng Shiu Refractive index sensor of long-period fiber grating and the method thereof
CN202057828U (zh) * 2011-02-28 2011-11-30 南开大学 折射率沿光纤轴向调制的超长周期光纤光栅
CN103604777A (zh) * 2013-12-02 2014-02-26 暨南大学 正交偏振光纤生物折射率传感器及其检测方法
CN104777132A (zh) * 2015-04-28 2015-07-15 天津理工大学 基于薄包层长周期光纤光栅偏振特性的环境折射率测量方法
CN104864895A (zh) * 2015-04-30 2015-08-26 天津大学 基于碳纳米材料少模长周期光纤光栅的测量方法及传感器
CN106556574A (zh) * 2015-09-24 2017-04-05 深圳先进技术研究院 在线双光束干涉型光纤折射率传感器及折射率检测装置
CN106248622A (zh) * 2016-10-19 2016-12-21 中国计量大学 一种基于pcf空气腔和倾斜光纤光栅的相对湿度传感器
CN107014776A (zh) * 2017-03-22 2017-08-04 天津大学 基于超连续谱光源的液体折射率测量装置及方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IGNACIO DEL VILLAR ET AL: "Sensitivity optimization with cladding-etched long period fiber gratings at the dispersion turning point", 《OPTICS EXPRESS》 *
金清理等: "长周期光纤光栅折射率传感器的结构优化", 《光子学报》 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108760683A (zh) * 2018-05-02 2018-11-06 南昌大学 一种利用波长大于纤芯模波长区域内共振测量溶液折射率的方法
CN108760683B (zh) * 2018-05-02 2021-03-26 南昌大学 一种利用波长大于纤芯模波长区域内共振测量溶液折射率的方法
CN108680531B (zh) * 2018-05-22 2020-11-03 温州大学 二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器及检测系统
CN108680531A (zh) * 2018-05-22 2018-10-19 温州大学 二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器及检测系统
CN109211838A (zh) * 2018-07-25 2019-01-15 东北大学 一种超高灵敏度的长周期光子晶体光纤光栅折射率传感器
CN109187442A (zh) * 2018-09-12 2019-01-11 温州大学 石墨烯增强倾斜光纤光栅泄漏模谐振传感器及其检测系统
CN109187442B (zh) * 2018-09-12 2021-04-23 温州大学 石墨烯增强倾斜光纤光栅泄漏模谐振传感器及其检测系统
CN109975244A (zh) * 2019-04-16 2019-07-05 中国计量大学 基于星形金纳米修饰的大角度倾斜光纤光栅生物传感器
CN111399109A (zh) * 2019-07-10 2020-07-10 南开大学 基于倾斜弧形调制结构的长周期光纤光栅
CN110715901A (zh) * 2019-10-09 2020-01-21 温州大学 倾斜光纤光栅梳状泄漏模谐振激发方法、偏振滤波器及传感系统
CN112051237A (zh) * 2020-09-10 2020-12-08 重庆理工大学 一种用于检测禽流感病毒的生物传感器及其制备方法
CN113324948A (zh) * 2021-05-28 2021-08-31 武汉理工大学 混合液芯光纤长周期光栅温度和折射率双参量传感器
CN116952901A (zh) * 2023-07-14 2023-10-27 西安石油大学 基于倾斜光纤光栅的实验装置、实验方法及伸长量测量装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN107490561B (zh) 2019-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107490561B (zh) 一种高灵敏倾斜光纤光栅低折射率传感检测装置
Tan et al. Carbon-nanotube-deposited long period fiber grating for continuous refractive index sensor applications
CN104316996B (zh) 一种聚合物集成波导布拉格光栅折射率传感器
CN108680531A (zh) 二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器及检测系统
CN102621099B (zh) 一种微纳光纤折射率传感器及其制备方法
Chen et al. Fiber-optic urine specific gravity sensor based on surface plasmon resonance
CN107860750B (zh) 基于倾斜光纤光栅表面等离子体共振的传感装置及其参数优化方法
Chunyang et al. Temperature insensitive refractive index sensor based on single-mode micro-fiber Sagnac loop interferometer
CN107421469A (zh) 一种基于倾斜少模光纤光栅的扭转传感器
CN109187442A (zh) 石墨烯增强倾斜光纤光栅泄漏模谐振传感器及其检测系统
CN108955774A (zh) 用于海水盐度和温度同时测量的反射式光纤传感器
CN108732101A (zh) 石墨烯集成倾斜光纤光栅折射率传感器及灵敏度调控方法
Liu et al. A novel surface plasmon resonance sensor based on fiber butt-joint technology
Jin et al. A strain sensor with low temperature crosstalk based on re-modulation of D-shaped LPFG
CN101377527A (zh) 光纤电压测量仪
US20140354992A1 (en) Localized surface plasmon resonance sensing system with particles arranged in anisotropic periodic manner
Yin et al. A broadband SPR sensor based on a no-core fiber coated with gold-silver for refractive index and temperature measurement
CN108872089A (zh) 含内包层调制倾斜光纤光栅折射率传感装置及方法
Zhai et al. Study on high sensitivity measurement of seawater temperature based on bow tie fiber
CN110487729B (zh) 基于石墨烯集成倾斜光纤光栅传感器的高灵敏周期性传感系统
CN109163745B (zh) 一种基于spr原理传感多参量的检测方法
CN101413886B (zh) 一种利用等离子体共振光纤传感器检测液体折射率的装置
Raghuwanshi et al. Geometric feature-based fiber optic surface plasmon resonance sensors
Rong et al. Orthogonal polarization coupling for transverse strain measurement using a polarimetric mirror
Xin et al. Numerical simulation of surface plasmon resonance based on Au-metalized nanowires in the liquid-core photonic crystal fibers

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Li Zhihong

Inventor after: Luo Qianqian

Inventor after: Yan Boteng

Inventor after: Shen Jie

Inventor after: Ji Qiuping

Inventor after: Ruan Xiukai

Inventor after: Zhang Yaoju

Inventor after: Dai Yuxing

Inventor after: Cai Zhennao

Inventor before: Li Zhihong

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20171219

Assignee: Yueqing Institute of industry, Wenzhou University

Assignor: Wenzhou University

Contract record no.: X2020330000105

Denomination of invention: A high sensitive tilted fiber grating low refractive index sensor

Granted publication date: 20191025

License type: Common License

Record date: 20201125