CN109060721A - 一种基于微纳光纤和端面反射的折射率传感器 - Google Patents

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宁秋奕
罗宇
赵惠青
陈嘉颖
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length

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Abstract

本发明公开了一种基于微纳光纤和端面反射的折射率传感器，包括：激光光源、光功率计、耦合器、微纳光纤、基台，所述激光光源与耦合器的输入端口连接，所述耦合器的第一输出端口与光功率计连接，所述基台用于放置待测液体，所述微纳光纤固定在基台上，所述微纳光纤的一端面与待测液体接触，所述微纳光纤的另一端面与耦合器的第二输出端口连接。利用微纳光纤具有倏逝场大的特点，通过激光在微纳光纤的端面发生菲涅尔反射，产生倏逝波，通过光功率计计算得到待测液体的折射率，相对于现有装置结构简单，可用于液体折射率的测量。

Description

一种基于微纳光纤和端面反射的折射率传感器
技术领域
本发明创造涉及光学技术领域，特别涉及一种激光发射装置。
背景技术
物质的折射率是一个重要的基本物理参量，它能够反映物质的一些内部信息，如折光特性、密度等。其次，折射率与其它的一些参量如物质含量、组分或浓度等成正相关的关系，因而可通过测量折射率来间接测量这些相关参量。因此对物质折射率的测量在众多重要领域有广泛的应用。
微纳光纤以其损耗小、价格低廉、易于批量生产等优点，被广泛应用于探测、医疗、通信等各个领域，发挥着不可或缺的作用。近年来，由于微纳光纤具有倏逝场大，高非线性等优点，已经越来越多研究将其应用到测量物质的折射率方向。例如基于微纳光纤环形谐振腔的湿度传感器、基于微纳光纤的结型折射率传感器等，这些传感器体积较大、制备不简单、设计不灵活。
发明内容
本发明的目的是：提供一种结构简单的基于维纳光纤的折射率传感器。
本发明解决其技术问题的解决方案是：一种基于微纳光纤和端面反射的折射率传感器，包括：激光光源、光功率计、耦合器、微纳光纤、基台，所述激光光源与耦合器的输入端口连接，所述耦合器的第一输出端口与光功率计连接，所述基台用于放置待测液体，所述微纳光纤固定在基台上，所述微纳光纤的一端面与待测液体接触，所述微纳光纤的另一端面与耦合器的第二输出端口连接。
进一步，所述激光光源的波长为1550nm。
进一步，所述基台呈槽状。
进一步，所述微纳光纤的直径为0.5-3.0μm。
本发明的有益效果是：利用微纳光纤具有倏逝场大的特点，通过激光在微纳光纤的端面发生菲涅尔反射，产生倏逝波，通过光功率计计算得到待测液体的折射率，相对于现有装置结构简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是本发明创造传感器的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
实施例1，参考图1，一种基于微纳光纤和端面反射的折射率传感器，包括：激光光源1、光功率计2、耦合器3、微纳光纤5、基台4，所述激光光源1与耦合器3的输入端口通过光纤连接，所述耦合器3的第一输出端口与光功率计2通过光纤连接，所述微纳光纤5固定在基台4上，所述微纳光纤5的一端面与待测液体接触，所述微纳光纤5的另一端面通过光纤与耦合器3的第二输出端口连接，作为优化，所述激光光源1的波长为1550nm，所述微纳光纤5的直径为0.5-3.0μm，本实施例为2.5μm。
本传感器工作时，将待测液体放入到基台4上，激光光源1的光从耦合器3的输入端口输入，通过耦合器3的第一、第二输出端口输出，其中，通过第二输出端口传送到微纳光纤5中，在微纳光纤5的一端面上与待测液体作用，发生菲涅尔反射，产生倏逝波。倏逝波通过微纳光纤5，从耦合器3的第一输出端口输出，影响到耦合器3的第一输出端口的光功率发生变化，该变化被光功率计2检测。
根据Fresnel(菲涅尔)公式，反射光强Ir，与入射光强Iin的关系为：其中nf和nx分别为光纤有效折射率和待测液体。由于光纤的有效折射率是可知的，同时结合耦合器3的分光比、激光光源1的光强，即可计算得到反射光(倏逝波)的光强与折射率的关系。从而得到待测液体的折射率。
采用本传感器和阿贝折射仪同时对NaCl溶液的折射率进行检测，本传感器测量的NaCl溶液的折射率结果为1.3500，而阿贝折射仪测量的折射率结果为1.3501，两者相近，即证明了本发明创造的传感器可对液体的折射率进行检测。同时，也发现，可以通过减小微纳光纤5的直径来提高传感器的灵敏度。
作为优化，所述基台4呈槽状，方便放置待测液体。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (4)

1.一种基于微纳光纤和端面反射的折射率传感器，其特征在于，包括：激光光源、光功率计、耦合器、微纳光纤、基台，所述激光光源与耦合器的输入端口连接，所述耦合器的第一输出端口与光功率计连接，所述基台用于放置待测液体，所述微纳光纤固定在基台上，所述微纳光纤的一端面与待测液体接触，所述微纳光纤的另一端面与耦合器的第二输出端口连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于微纳光纤和端面反射的折射率传感器，其特征在于，所述激光光源的波长为1550nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于微纳光纤和端面反射的折射率传感器，其特征在于，所述基台呈槽状。
4.根据权利要求1所述的一种基于微纳光纤和端面反射的折射率传感器，其特征在于，所述微纳光纤的直径为0.5-3.0μm。
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