CN112526436A

CN112526436A - 一种小尺寸光纤电场探测装置

Info

Publication number: CN112526436A
Application number: CN202011305852.3A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-11-20
Filing date: 2020-11-20
Publication date: 2021-03-19

Abstract

本发明提供了一种小尺寸光纤电场探测装置，包括光纤、有机共轭聚合物材料部、加热部、第一施力部、第二施力部，第一施力部固定在光纤上，有机共轭聚合物材料部的一侧固定在光纤的端面上，有机共轭聚合物材料部的相对一侧固定连接加热部的一侧，加热部的相对一侧固定连接第二施力部，有机共轭聚合物材料部的材料为有机共轭聚合物材料。本发明具有电场探测灵敏度高的优点。另外，本发明在光纤端面设置传感部，具有装置尺寸小的优点。

Description

一种小尺寸光纤电场探测装置

技术领域

本发明涉及电场探测领域，具体涉及一种小尺寸光纤电场探测装置。

背景技术

电场的测量不仅对导弹、航空器、火箭发射等军工意义重大，而且对城市环境污染、炼油厂、超净实验室、储油站等民用地面上容易引起静电和容易受静电及雷达危害的场所也有着广泛的应用。传统电场测量装置的尺寸大，探索基于新原理的电场探测技术对减小电场测量装置的尺寸具有重要意义。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种小尺寸光纤电场探测装置，包括光纤、有机共轭聚合物材料部、加热部、第一施力部、第二施力部，第一施力部固定在光纤上，有机共轭聚合物材料部的一侧固定在光纤的端面上，有机共轭聚合物材料部的相对一侧固定连接加热部的一侧，加热部的相对一侧固定连接第二施力部，有机共轭聚合物材料部的材料为有机共轭聚合物材料。

更进一步地，有机共轭聚合物材料为聚3-己基噻吩。

更进一步地，还包括贵金属薄膜，贵金属薄膜固定在有机共轭聚合物材料部和加热部之间。

更进一步地，贵金属薄膜的材料为金。

更进一步地，贵金属薄膜的厚度大于50纳米、小于200纳米。

更进一步地，还包括贵金属颗粒，贵金属颗粒设置在有机共轭聚合物材料部内。

更进一步地，贵金属颗粒的材料为金或银。

更进一步地，贵金属颗粒的直径大于20纳米、小于80纳米。

更进一步地，贵金属颗粒的个数为多个。

更进一步地，光纤为单模光纤。

本发明的有益效果：本发明提供了一种小尺寸光纤电场探测装置，包括光纤、有机共轭聚合物材料部、加热部、第一施力部、第二施力部，第一施力部固定在光纤上，有机共轭聚合物材料部的一侧固定在光纤的端面上，有机共轭聚合物材料部的相对一侧固定连接加热部的一侧，加热部的相对一侧固定连接第二施力部，有机共轭聚合物材料部的材料为有机共轭聚合物材料。应用时，首先在无电场的空间，在第一施力部和第二施力部之间施加固定的压力，测量光纤端部的反射特性，此时加热部为常温；然后，将本发明置于待测电场空间内，同时应用加热部加热有机共轭聚合物材料，加热持续一段时间后，冷却有机共轭聚合物材料，保持第一施力部和第二施力部之间的压力不变，重新测量光纤端部的反射特性。根据前后光纤端部反射特性的变化，确定待测电场。在此过程中，待测电场改变了有机共轭聚合物材料分子链的方向，不仅改变了光纤端面的介电环境，而且改变了有机共轭聚合物材料部的宽度，从而更多地改变了光纤端部的反射特性。因此，本发明具有电场探测灵敏度高的优点。另外，本发明在光纤端面设置传感部，具有装置尺寸小的优点。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是一种小尺寸光纤电场探测装置的示意图。

图2是又一种小尺寸光纤电场探测装置的示意图。

图3是再一种小尺寸光纤电场探测装置的示意图。

图中：1、光纤；2、有机共轭聚合物材料部；3、加热部；4、第一施力部；5、第二施力部；6、贵金属薄膜；7、贵金属颗粒。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

本发明提供了一种小尺寸光纤电场探测装置，如图1所示，包括光纤1、有机共轭聚合物材料部2、加热部3、第一施力部4、第二施力部5。光纤1为单模光纤。第一施力部4固定在光纤1上，具体地，第一施力部4环绕地固定在光纤4上。有机共轭聚合物材料部2的一侧固定在光纤1的端面上，有机共轭聚合物材料部2的相对一侧固定连接加热部3的一侧。也就是说，有机共轭聚合物材料部2被固定在光纤1的端面和加热部3之间。加热部3的相对一侧固定连接第二施力部5。也就是说，加热部3被固定在有机共轭聚合物材料部2和第二施力部5之间。第二施力部5的材料为隔热材料，用以隔绝加热部3产生的热。加热部3可以通过连接其他高温物体的方法产生高温，也可以通过电阻或红外线产生热来产生高温，在此不做具体限制。有机共轭聚合物材料部2的材料为有机共轭聚合物材料。有机共轭聚合物材料为聚3-己基噻吩。加热时，聚3-己基噻吩的微观形貌更容易被待测电场调控。

应用时，首先在无电场的空间，在第一施力部4和第二施力部5之间施加固定的压力，测量光纤1端部的反射特性，此时加热部3为常温；具体地，激光光源发出连续谱激光，连续谱激光耦合进入图1中光纤1的左端，激光从光纤1右端的端面射出光纤1，有机共轭聚合物材料部2反射激光，反射光传播至光纤1左端端面，应用分路器等常规光学元件后，测量反射光谱，从而确定图1中光纤1右侧端部整体结构的反射特性；然后，将本发明置于待测电场空间内，同时应用加热部3加热有机共轭聚合物材料，加热持续一段时间后，冷却有机共轭聚合物材料，保持第一施力部4和第二施力部5之间的压力不变，重新测量光纤1端部的反射特性。根据前后光纤1端部反射特性的变化，确定待测电场。加热的温度大于130摄氏度，持续的时间大于30分钟，以便于有机共轭聚合物材料的微观结构充分改变。在此过程中，待测电场改变了有机共轭聚合物材料分子链的方向，不仅改变了光纤1端面的介电环境，而且改变了有机共轭聚合物材料部2的宽度，从而更多地改变了光纤1端部的反射特性。因此，本发明具有电场探测灵敏度高的优点。另外，本发明在光纤1端面设置传感部，具有装置尺寸小的优点。

实施例2

在实施例1的基础上，如图2所示，还包括贵金属薄膜6，贵金属薄膜6的材料为金，贵金属薄膜6固定在有机共轭聚合物材料部2和加热部3之间。也就是说，贵金属薄膜6的一个表面固定连接有机共轭聚合物材料部2，贵金属薄膜6的另一个表面固定连接加热部3。这样一来，当有机共轭聚合物材料部2比较厚时，贵金属薄膜6反射有机共轭聚合物材料部2内传播的激光，在光纤1端面和贵金属薄膜6之间形成法布里波罗干涉腔，因为法布里波罗干涉腔的共振波长对腔内的介电环境和腔的长度非常敏感，所以能够实现高灵敏度的电场探测；当有机共轭聚合物材料部2比较薄时，强电场被聚集在光纤1端面和贵金属薄膜6之间，这个区域的介电环境和宽度变化也严重地影响局域表面等离激元共振波长，因此，也能实现高灵敏度的电场探测。贵金属薄膜6的厚度大于50纳米、小于200纳米，因为这样的厚度即可满足光反射或电场聚集的作用，以免贵金属薄膜6吸收更多的热，从而使得有机共轭聚合物材料部2吸收更多的热，有机共轭聚合物材料部2分子链方向改变更多，从而更多地改变光纤1端部的反射特性，从而实现更高灵敏度的电场探测。

实施例3

在实施例1的基础上，如图3所示，还包括贵金属颗粒7，贵金属颗粒7设置在有机共轭聚合物材料部2内。贵金属颗粒7的材料为金或银。贵金属颗粒7的个数为多个。在激光照射下，贵金属颗粒7产生局域表面等离激元共振。当有机共轭聚合物材料部2分子链方向改变时，有机共轭聚合物材料部2的宽度随之发生变化和有机共轭聚合物材料部2的有效折射率也随之发生变化，这不仅改变了单个贵金属颗粒7上的局域表面等离激元共振，而且改变了相邻贵金属颗粒7之间的耦合，从而更多地改变了贵金属颗粒7的局域表面等离激元共振波长。在本实施例中，可以通过探测该共振波长的移动确定待测电场。因为贵金属颗粒7的局域表面等离激元共振波长对其周围的环境非常敏感，所以本实施例具有电场探测灵敏度高的优点。贵金属颗粒7的直径大于20纳米、小于80纳米，以便于局域表面等离激元共振波长在可见光波长区域，便于采用常规探测器探测。

更进一步地，在有机共轭聚合物材料部2的外侧设有包覆层，包覆层为透明弹性材料。这样一来，一方面，包覆层将光纤1端面的光场更好地聚集在有机共轭聚合物材料部2内，当有机共轭聚合物材料部2的有效折射率变化时，贵金属颗粒7的局域表面等离激元共振波长移动更多，从而提高了电场探测的灵敏度；另一方面，包覆层隔离了外界环境与有机共轭聚合物材料部2，从而使得贵金属颗粒7的局域表面等离激元共振波长对外界环境的响应小，从而提高了电场探测的准确度。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种小尺寸光纤电场探测装置，其特征在于，包括光纤、有机共轭聚合物材料部、加热部、第一施力部、第二施力部，所述第一施力部固定在所述光纤上，所述有机共轭聚合物材料部的一侧固定在所述光纤的端面上，所述有机共轭聚合物材料部的相对一侧固定连接所述加热部的一侧，所述加热部的相对一侧固定连接所述第二施力部，所述有机共轭聚合物材料部的材料为有机共轭聚合物材料。

2.如权利要求1所述的小尺寸光纤电场探测装置，其特征在于：所述有机共轭聚合物材料为聚3-己基噻吩。

3.如权利要求2所述的小尺寸光纤电场探测装置，其特征在于：还包括贵金属薄膜，所述贵金属薄膜固定在所述有机共轭聚合物材料部和所述加热部之间。

4.如权利要求3所述的小尺寸光纤电场探测装置，其特征在于：所述贵金属薄膜的材料为金。

5.如权利要求4所述的小尺寸光纤电场探测装置，其特征在于：所述贵金属薄膜的厚度大于50纳米、小于200纳米。

6.如权利要求1-5任一项所述的小尺寸光纤电场探测装置，其特征在于：还包括贵金属颗粒，所述贵金属颗粒设置在所述有机共轭聚合物材料部内。

7.如权利要求6所述的小尺寸光纤电场探测装置，其特征在于：所述贵金属颗粒的材料为金或银。

8.如权利要求7所述的小尺寸光纤电场探测装置，其特征在于：所述贵金属颗粒的直径大于20纳米、小于80纳米。

9.如权利要求8所述的小尺寸光纤电场探测装置，其特征在于：所述贵金属颗粒的个数为多个。

10.如权利要求1-9任一项所述的小尺寸光纤电场探测装置，其特征在于：所述光纤为单模光纤。