CN108680531A - 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 - Google Patents

Abstract

本发明采用二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅作为传感器，输入偏振光进入该传感器的极大倾角光栅区域后耦合至s偏振态TE_0,j包层模或p偏振态EH_2,j包层模而非传统的HE/EH_1,j包层模，进一步通过调控传感器的偏振耦合特性及谐振参数，可使其工作于s偏振态TE_0,j或p偏振态EH_2,j包层模双峰谐振状态，TE_0,j和EH_2,j包层模具有比HE/EH_1,j包层模更灵敏的环境响应特性，因此增强了传感器与待测物质的互作用程度，从而获得更优异的传感特性；进一步的，该方案有效地利用了光纤模式资源，有利于开发多参量、更多优异光谱及传感特性的光纤传感器。

Description

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

技术领域

本发明涉及光纤光栅折射率传感器技术领域，尤其是一种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。

背景技术

光纤光栅是一种重要的波长调制型无源光子器件，近年来被广泛应用于传感检测领域。普通光纤光栅主要包括布拉格光纤光栅（FBG）和长周期光纤光栅（LPFG）两大类。FBG由周期为几十至几百纳米量级的光栅组成，能够在满足相位匹配条件的谐振波长处实现纤芯导模和反向传输纤芯导模之间的模式耦合，从而在其反射谱中产生谐振峰。通过监测谐振峰随待测环境的变化即可实现传感检测。然而，FBG中参与模式耦合的均为纤芯导模，其光场分布限制在纤芯内，不能与待测环境发生有效的相互作用。因此，FBG传感器通常对应变、温度、应力、振动等变量的变化较为敏感，然而对包围FBG的外界环境的酸碱度、折射率、浓度等参量却缺乏敏感性，从而限制了FBG在生物医学检测、生化检测、环境监测、气液体分析等领域的应用。

相比于FBG，LPFG的光栅周期为几十至几百微米量级，能够在满足相位匹配条件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损耗峰。包层模能量主要分布于光纤包层中，并以倏逝场的形式延伸至包层外的待测物质中，从而增强了光场与待测物质的相互作用，因此LPFG传感器具有比FBG传感器更高的传感灵敏度。近年来LPFG被广泛应用于生物医学、环境监测、污染物检测等重要领域。研究表明，LPFG各个谐振峰对不同物理量的响应特性有所不同，该特性常用于实现高精度、多参量的传感检测。

为进一步提高LPFG传感器的灵敏度，研究人员提出了多种方案，如通过蚀刻减小光纤包层半径或在LPFG表面涂覆高折射率聚合物薄膜、特异性敏感纳米材料、金属膜激励起表面等离子体波等。这些方法在一定程度上有效地提高了LPFG的传感灵敏度。然而，传统LPFG只能实现纤芯导模和低阶对称包层模LP_0,j或HE/EH_1,j之间的模式耦合。相比于LP_0,j或HE/EH_1,j模，高阶包层模LP_v,j或TE/TM_0,j及HE/EH_v,j（v=2,3…）具有更灵敏的环境响应特性，因此高阶包层模耦合（或谐振）更有利于提高LPFG传感器件的传感灵敏度，但传统的光纤光栅不能实现TE/TM_0,j及HE/EH_v,j（v=2,3…）包层模谐振。倾斜光纤光栅为实现高阶包层模谐振提供了理想的方案。通过在光纤中引入倾斜光栅结构且倾斜角度高于80°时（即极大倾角LPFG或Ex-TLPFG），可实现纤芯导模和同向传输高阶包层模LP_v,j或TE/TM_0,j及HE/EH_v,j（v=2,3…）之间的模式耦合。然而，目前关于倾斜LPFG传感器的研究主要集中于常规的传感器设计及包层模单峰谐振，并未充分利用高阶包层模的高灵敏特性。特别在低折射率区域，其传感特性一般。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器，该传感器具有传感检测精度高、灵敏度高等优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器，其特征在于：包括长周期光纤光栅和纳米薄膜，所述长周期光纤光栅为倾角大于80°的极大倾角长周期光纤光栅，所述纳米薄膜为在光纤包层表面涂覆的纳米量级的二氧化钛薄膜。

进一步的，所述二氧化钛薄膜的优化厚度通过包层模式∂n_eff/∂d和包层模功率因子P_r>rcl确定，

其中，包层模式∂n_eff/∂d中，n_eff为包层模式有效折射率，d为二氧化钛薄膜厚度。

在圆柱坐标系（r,ϕ,z）中，包层模功率因子P_r>rcl的公式如下：

式中e_r和e_ϕ分别表示包层模式径向和角向电场分量，h_r和h_ϕ分别表示包层模式径向和角向磁场分量，其中r_cl表示包层半径。

进一步的，所述二氧化钛薄膜通过原子层沉积技术涂覆在光栅区域的包层表面。

进一步的，所述长周期光纤光栅刻写在通信单模石英光纤上。

采用上述方案，本发明的二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器由二氧化钛薄膜涂覆极大倾角长周期光纤光栅（Ex-TLPFG）构成，倾斜光纤光栅为实现高阶包层模谐振提供了理想的方案。通过在光纤中引入倾斜光栅结构且倾斜角度高于80°时（即极大倾角LPFG或Ex-TLPFG），可实现纤芯导模和同向传输高阶包层模LP_v,j或TE/TM_0,j及HE/EH_v,j（v=2,3…）之间的模式耦合，即在透射谱中产生对待测环境敏感的高阶包层模谐振峰。由于高阶包层模式对外界环境变化非常敏感，因此提高了对待测物质的感知能力；上述传感薄膜为涂敷在光栅包层表面的高折射率二氧化钛薄膜。在光栅表面涂覆二氧化钛薄膜后，光纤内模式分布发生模式转换现象，即随着薄膜厚度的增加，包层模能量或模场分布逐渐向包层表面的二氧化钛薄膜转移。通过优化二氧化钛薄膜的厚度，可使包层模处于最灵敏的谐振状态。进一步通过优化极大倾角长周期光纤光栅（Ex-TLPFG）的谐振参数并调控其偏振耦合特性，使二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器工作于具有高灵敏环境响应特性的s偏振态TE_0,j或p偏振态EH_2,j包层模式双峰谐振状态而非传统光纤光栅的HE/EH_1,j包层模式，从而增强光纤模式与待测物质的互作用程度，最终实现高灵敏高精度、高灵敏的折射率传感检测。

另一发明目的：本发明提供了一种折射率检测系统，其特征在于：包括如上述的二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器，还包括

近红外宽带光源，用于产生覆盖一定波段的入射光，

偏振控制器，用于接收入射光以及输出单一偏振方向的偏振光，所述偏振光为p偏振光或s偏振光，

待测样品反应池，用于放置待测样品和二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器，二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器通过光纤跳线与偏振控制器连接，s偏振光或s偏振光输入至二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器并分别在纤芯内激励起p偏振态纤芯导模或s偏振态纤芯导模，偏振态纤芯导模传输至极大倾角长周期光纤光栅，在谐振波长处满足相位匹配条件的p偏振态纤芯导模或s偏振态纤芯导模分别耦合至p偏振包层模式或s偏振态包层模式，经二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器输出后产生偏振相关包层模谐振峰，二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器的输出光通过光纤跳线输入至光谱分析仪，

该光谱分析仪，用于观测并监测偏振相关包层模谐振峰的漂移，并根据监测谐振峰或谐振波长随待测样品的变化，从而实现传感监测。

进一步的，所述 p偏振态纤芯导模或s偏振态纤芯导模分别耦合至p偏振包层模式EH_2,j或s偏振态包层模式TE_0,j，并于谐振波长处产生双损耗峰或双谐振峰。

进一步的，所述二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器的偏振耦合特性参数包括光栅周期，光栅周期介于217.72μm~213.52μm。

进一步的，所述二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器的纤芯半径为4.15μm，包层半径为62.5μm，纤芯折射率比包层折射率高0.36%，光栅倾角为87°，光栅长度为40mm，纤芯折射率调制幅度为2.0×10^-4，光栅周期为217.72μm或213.52μm。

进一步的，所述的近红外光源为输出光谱包括1350nm~1650nm波段的宽带光源。

本发明的有益效果是：

（1）本发明采用二氧化钛涂覆Ex-TLPFG作为传感器，输入偏振光进入该传感器的极大倾角光栅区域后耦合至s偏振态TE_0,j包层模或p偏振态EH_2,j包层模而非传统的HE/EH_1,j包层模，进一步通过调控传感器的偏振耦合特性及谐振参数，可使其工作于s偏振态TE_0,j或p偏振态EH_2,j包层模双峰谐振状态，因此更有效地利用了光纤模式资源，为开发多参量、更多优异光谱及传感特性的光纤传感器提供了新的方案。

（2）本发明应用s偏振TE_0,j包层模或p偏振EH_2,j包层模的双峰谐振来检测待测样品的变化，TE_0,j和EH_2,j包层模具有比HE/EH_1,j包层模更灵敏的环境响应特性，因此增强了传感器与待测物质的互作用程度，从而获得更优异的传感特性。

（3）本发明应用高灵敏环境相应特性的TE_0,j和EH_2,j包层模双峰谐振传感，与传统的通过腐蚀减小光纤包层半径提高传感性能相比，该方法不需要腐蚀包层，从而保证了传感器件的机械强度和稳定性。

（4）本发明应用两种方法来优化二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器的二氧化钛薄膜厚度，即∂n_eff/∂d和包层模功率因子P_r>rcl。当二氧化钛薄膜达到优化厚度时，∂n_eff/∂d和包层模功率因子P_r>rcl均达到最大值，即包层模处于最灵敏的谐振状态，从而获得最佳的传感性能。

（5）本发明应用的灵敏度优化方法与待测物质的折射率有关。对于不同折射率的待测物质，均可应用该方法使二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器获得优化传感性能，因而传感器的应用范围涵盖了从低折射率的气体到高折射率的液体范围，极大扩展了传感器的应用领域。另一方面，该优化方法可广泛推广至其他更一般的镀膜光纤光栅传感器来获得优化传感特性，从而实现高灵敏高精度的传感检测。

下面结合附图对本发明作进一步描述。

附图说明

附图1 为本发明折射率检测系统示意图；

附图2为本发明的二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器原理图；

附图3为本发明的∂n_eff/∂d随二氧化钛薄膜厚度的变化过程示意图；

附图4为本发明的包层模功率因子随二氧化钛薄膜厚度的变化过程示意图；

附图5为本发明的二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器偏振耦合特性示意图；

附图6为本发明的二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器谐振峰随待测样品折射率的变化示意图。

具体实施方式

本发明的具体实施例如图1所示，本实施例公开了折射率检测系统，其包括近红外宽带光源（1）、偏振控制器（2）、待测样品反应池（3）、二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器（4）、光谱分析仪（5）及光纤跳线（6）；如图2所示，二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器（4）由光栅区域表面涂覆纳米量级二氧化钛薄膜（8）的倾角为87°的极大倾角长周期光纤光栅Ex-TLPFG（7）构成，上述光谱分析仪为涵盖近红外波段的商用光谱仪；上述的光纤跳线为商用单模光纤跳线。如图2所示，其中，r_co和r_cl分别表示纤芯和包层半径，n_co和n_cl分别表示纤芯和包层折射率，n_sri表示待测样品折射率，表示θ表示光栅倾角，Λ表示倾斜光栅周期，p和s分别表示p和s偏振态纤芯导模。

近红外宽带光源（1）输出覆盖1350nm至1650nm波段的光，输入至偏振控制器（3），其输出光为单一偏振方向的p偏振光或s偏振光，输出的p偏振光或s偏振光经光纤跳线（6）输入至放置于样品反应池内（3）的二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器（4），二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器（4）由涂覆有纳米量级二氧化钛薄膜（8）的倾角为87°的极大倾角长周期光纤光栅Ex-TLPFG（7）构成，输入至二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器（4）的p偏振光或s偏振光分别在纤芯内激励起p偏振态纤芯导模或s偏振态纤芯导模，偏振态纤芯导模传输至倾斜光纤光栅（7）时，在谐振波长处满足相位匹配条件的p偏振或s偏振态纤芯导模分别耦合至p偏振或s偏振态包层模式，进一步地，通过调控二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器（4）的谐振参数，使p偏振态纤芯导模或s偏振态纤芯导模分别耦合至p偏振包层模式EH_2,j或s偏振态包层模式TE_0,j，从而在谐振波长处产生双损耗峰或双谐振峰，即使二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器（4）工作于p偏振包层模式EH_2,j或s偏振态包层模式TE_0,j的双峰谐振状态，二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器（4）的输出光通过光纤跳线（6）输入至光谱分析仪（5），通过光谱仪（5）观测并监测偏振相关包层模谐振峰的漂移，通过监测谐振峰或谐振波长随待测样品（9）的变化，从而实现传感监测。相比于传统长周期光纤光栅耦合的HE/EH_1,j包层模式，TE_0,j/EH_2,j包层模式具有更灵敏的环境响应特性，因而可获得更优异的传感性能。

本实施例中二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器的极大倾角长周期光纤光栅刻写在通信单模石英光纤上，优选的一组典型参数为：如图2所示，纤芯半径4.15μm，包层半径62.5μm，纤芯折射率比包层折射率高0.36%，光栅倾角为87°，光栅长度为40mm，纤芯折射率调制幅度为2.0×10^-4，光栅区域的包层表面涂敷有纳米量级二氧化钛薄膜，其厚度可根据待测样品的初始折射率进行优化。本实施例中待测样品初始折射率为1.33，在此情况下二氧化钛薄膜的优化厚度为42nm。对于其他初始折射率的待测样品，二氧化钛薄膜的优化厚度不尽相同。

本实施例中二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器的二氧化钛薄膜通过原子层沉积技术涂敷在光栅包层表面，涂覆二氧化钛薄膜后光纤内的模式分布会发生模式转化和模式重组现象。通过优化膜层厚度可优化二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器的传感灵敏度，其优化厚度通过两种方法确定，即∂n_eff/∂d和包层模功率因子P_r>rcl。功率因子定义为：

式中e_r和e_ϕ分别表示包层模式径向和角向电场分量，h_r和h_ϕ分别表示包层模式径向和角向磁场分量。

另一方面，优化膜层厚度与待测样品初始折射率有关。当待测样品初始折射率为1.33时，图3和图4可用于确定不同包层模谐振时的最佳二氧化钛膜层厚度。图3表示不同包层模∂n_eff/∂d随二氧化钛薄膜厚度的变化，其中n_eff为包层模式有效折射率。图4表示不同包层模功率因子P_r>rcl随二氧化钛薄膜厚度的变化。

如图3所示，随着二氧化钛薄膜厚度增加，不同TE_0,j/EH_2,j包层模式均具有近似的∂n_eff/∂d变化趋势。当二氧化钛薄膜厚度增大至d=42nm时，所有包层模式的∂n_eff/∂d均达到最大值，表示这些包层模式均达到最灵敏的谐振状态。

如图4所示，不同TE_0,j/EH_2,j包层模式同样具有近似的功率因子P_r>rcl变化趋势。随着二氧化钛薄膜厚度增加，不同TE_0,j/EH_2,j包层模式的功率因子P_r>rcl均逐渐增大，表示包层模式的模场或能量分布逐渐向光纤包层表面的二氧化钛薄膜转移，因此逐渐增强了光纤模式与周围待测物质的相互作用程度。当二氧化钛薄膜厚度增加至d=42nm时，所有包层模式的功率因子P_r>rcl均达到最大值，说明这些包层模式均达到最灵敏的环境响应状态。

本实例中通过调控二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器的谐振参数和偏振耦合特性，使其工作于s偏振TE_0,j或p偏振EH_2,j包层模式双峰谐振状态。具体地，通过设置合适的二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器参数，使p偏振或s偏振纤芯导模在满足相位匹配条件的谐振波长处分别耦合至p偏振或s偏振TE_0,j/EH_2,j包层模式而非传统光纤光栅的HE/EH_1,j包层模式，如图5所示。进一步地，s偏振TE_0,j或p偏振EH_2,j包层模式具有较强的双峰谐振特性，其对应的光纤光栅周期分别为217.72μm和213.52μm。在本实例中，s偏振TE_0,j或p偏振EH_2,j包层模式分别对应s偏振TE_0,10或p偏振EH_2,9包层模式。

本实施例中二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器及其检测系统，应用较强谐振的s偏振TE_0,10或p偏振EH_2,9包层模式双峰谐振来检测待测样品折射率的变化。传感系统响应光谱如图6所示，s偏振TE_0,10或p偏振EH_2,9包层模式的两个谐振峰均随待测样品折射率的微小变化而向相反方向发生明显的漂移，因而展现出非常高的传感灵敏度。在本实例中，s偏振TE_0,10双峰谐振的传感灵敏度达到32261.2 nm/RIU，p偏振EH_2,9包层模式双峰谐振的传感灵敏度达到23183.3 nm/RIU，可实现对待测样品高灵敏度、高精度的传感测量。

上述检测装置中近红外宽带光源输出覆盖1350nm至1650nm波段的光，通过偏振控制器后输出光为单一偏振方向的p偏振光或s偏振光，输出的p偏振光或s偏振光输入至放置于样品反应池内的二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器，并分别在纤芯内激励起p偏振态纤芯导模或s偏振态纤芯导模，偏振态纤芯导模传输至倾斜光纤光栅时，在满足相位匹配条件的谐振波长处，p偏振或s偏振态纤芯导模分别耦合至p偏振或s偏振态包层模式，进一步地，通过调控二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器的谐振参数及偏振耦合特性，使p偏振态纤芯导模或s偏振态纤芯导模分别耦合至p偏振包层模式EH_2,j或s偏振态包层模式TE_0,j，从而在谐振波长处产生偏振相关的双损耗峰或双谐振峰，即使二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器工作于p偏振包层模式EH_2,j或s偏振态包层模式TE_0,j的双峰谐振状态，通过光谱仪观测并监测偏振相关包层模谐振峰的变化，通过监测谐振峰或谐振波长随待测样品的变化，从而实现传感监测。相比于传统长周期光纤光栅耦合的HE/EH_1,j包层模式，TE_0,j/EH_2,j包层模式具有更灵敏的环境响应特性，因而可获得更高灵敏度和传感精度的传感性能。

本实例中二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器由光栅区域表面涂覆纳米量级二氧化钛薄膜的倾角为87°的极大倾角长周期光纤光栅（Ex-TLPFG）构成，其中Ex-TLPFG刻写在通信单模石英光纤的纤芯内，优选的典型参数为：纤芯半径4.15μm，包层半径62.5μm，纤芯折射率比包层折射率高0.36%，光栅倾角为87°，光栅长度40mm，纤芯折射率调制幅度2.0×10^-4，光栅周期217.72μm或213.52μm。

本实例中二氧化钛薄膜通过原子层沉积技术涂敷在倾斜光纤光栅包层的表面，并通过精确控制其厚度来调控包层模式的谐振状态，获得高灵敏高精度的传感性能。可通过两种方法确定二氧化钛薄膜的优化厚度，即∂n_eff/∂d和包层模功率因子P_r>rcl。不同包层模式的∂n_eff/∂d和P_r>rcl均在相同的二氧化钛优化厚度处达到其最大值，此时包层模处于最灵敏的谐振状态，从而优化二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器的传感性能。对于初始折射率为1.33的待测样品，优化的二氧化钛薄膜厚度为42nm。对于其他初始折射率的待测样品，相应的二氧化钛优化厚度不尽相同。

本实例中二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器的膜层厚度优化方法与待测样品的折射率有关，该方法同样适用于低折射率区域的气体到高折射率区域的液体。因此二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器同样适用于低折射率气体和高折射率液体的高灵敏高精度传感检测，同时该膜层优化方法同样适用于普通镀膜光纤光栅的膜层厚度优化。

本实例中通过调控二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器的谐振参数和偏振耦合特性，使其工作于s偏振TE_0,j或p偏振EH_2,j包层模式双峰谐振状态。相比于传统光纤光栅的HE/EH_1,j包层模式，TE_0,j或EH_2,j包层模式具有更灵敏的环境响应特性。

本实例中应用高灵敏环境响应特性的s偏振TE_0,j或p偏振EH_2,j包层模式的双谐振峰来检测待测样品的变化。在传感检测时，二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器置于待测样品中。待测样品折射率的改变引起s偏振TE_0,j或p偏振EH_2,j包层模式的双谐振峰或谐振波长向相反方向漂移，通过光谱仪监测谐振峰或谐振波长的漂移范围，从而实现待测样品折射率的高灵敏高精度检测。

本实例中应用于气体折射率测量时，待测样品反应池可替换为密封容器，利用气泵注入或抽出密封容器内待测气体，从而改变气体折射率，通过监测二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器透射谱中谐振峰或谐振波长的漂移实现待测气体折射率的高灵敏高精度检测。

本实例中应用于液体折射率测量时，待测样品池为普通的玻璃器皿即可，二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器置于器皿中的待测样品内，稀释或注入待测样品改变液体折射率，通过监测二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器透射谱中谐振峰或谐振波长的漂移实现待测液体折射率的高灵敏高精度检测。

本发明不局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器，包括长周期光纤光栅和包层，其特征在于：所述长周期光纤光栅为倾角大于80°的极大倾角长周期光纤光栅，所述包层表面涂覆有纳米量级的二氧化钛薄膜。

2.根据权利要求1所述的二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器，其特征在于：所述二氧化钛薄膜的优化厚度通过包层模式∂n_eff/∂d和包层模功率因子P_r>rcl确定，

其中，包层模式∂n_eff/∂d中，n_eff为包层模式有效折射率，d为二氧化钛薄膜厚度，

在圆柱坐标系（r,ϕ,z）中，包层模功率因子P_r>rcl的公式如下：

式中e_r和e_ϕ分别表示包层模式径向和角向电场分量，h_r和h_ϕ分别表示包层模式径向和角向磁场分量，其中r_cl表示包层半径。

3.根据权利要求1所述的二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器，其特征在于：所述二氧化钛薄膜通过原子层沉积技术涂覆在光栅区域的包层表面。

4.根据权利要求3所述的二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器，其特征在于：所述长周期光纤光栅刻写在通信单模石英光纤上。

5.一种折射率检测系统，其特征在于：包括如权利要求1-4任意一项所述的二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器，还包括

近红外宽带光源，用于产生覆盖一定波段的入射光，

偏振控制器，用于接收入射光以及输出单一偏振方向的偏振光，所述偏振光为P偏振光或S偏振光，

待测样品反应池，用于放置待测样品和二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器，二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器通过光纤跳线与偏振控制器连接，p偏振光或s偏振光输入至二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器并分别在纤芯内激励起p偏振态纤芯导模或s偏振态纤芯导模，偏振态纤芯导模传输至极大倾角长周期光纤光栅，在谐振波长处满足相位匹配条件的p偏振态纤芯导模或s偏振态纤芯导模分别耦合至p偏振包层模式或s偏振态包层模式，经二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器输出后产生偏振相关包层模谐振峰，二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器的输出光通过光纤跳线输入至光谱分析仪，

该光谱分析仪，用于观测并监测偏振相关包层模谐振峰的漂移，并根据监测谐振峰或谐振波长随待测样品的变化，从而实现传感监测。

6.根据权利要求5所述的折射率检测系统，其特征在于：所述 p偏振态纤芯导模或s偏振态纤芯导模分别耦合至p偏振包层模式EH_2,j或s偏振态包层模式TE_0,j，并于谐振波长处产生双损耗峰或双谐振峰。

7.根据权利要求5或6所述的折射率检测系统，其特征在于：所述二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器的偏振耦合特性参数包括光栅周期，光栅周期介于217.72μm~213.52μm之间。

8.根据权利要求7所述的折射率检测系统，其特征在于：所述二氧化钛薄膜涂覆倾斜光纤光栅折射率传感器的纤芯半径为4.15μm，包层半径为62.5μm，纤芯折射率比包层折射率高0.36%，光栅倾角为87°，光栅长度为40mm，纤芯折射率调制幅度为2.0×10^-4，光栅周期为217.72μm或213.52μm。

9.根据权利要求5或6所述的折射率检测系统，其特征在于：所述的近红外光源为输出光谱包括1350nm~1650nm波段的宽带光源。