CN113049138A - 一种双层联结型液芯反谐振光纤及其温度测量装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种双层联结型液芯反谐振光纤及其温度测量装置和方法，属于光学与激光领域。该双层联结型液芯反谐振光纤，包括外包层，以及设置在外包层内的沿外包层内侧周向均布的6对以上的联结孔；联结孔的外层孔半径≥内层孔半径；在联结管内管形成的内层孔中，选择1‑2个孔填充易产生SPR的材质；在中心区域填充液体作为液芯，填充液体受温度影响折射率改变范围的最大值小于光纤材质折射率，且与光纤材质折射率差大于0.05。将该双层联结型液芯反谐振光纤和光源、输入光纤、输出光纤和信号检测分析部件结合，形成温度测量装置，该光纤具有双偏振项向上的各有3个以上的谐振峰，具有工作光谱宽，谐振强度高，测量灵敏度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及光学与激光技术领域，具体涉及空芯微结构光纤和传感技术领域，特别涉及一种双层联结型液芯反谐振光纤及其温度测量装置和方法。
背景技术
随着技术发展，反谐振光纤已经成为了微结构光纤研究的前沿领域。反谐振光纤技术主要应用于激光传输、传感，相对于传统光纤技术，在传输方面具有传输损耗低、质量高、传输范围广，可以突破材质传输范围限制等特点，在传感方面由于其大空芯结构在气体和液体检测方面也有广阔的应用前景，而且反谐振光纤能大幅度提光纤陀螺仪的稳定性。
现有的利用光纤进行温度测量的装置，通常利用光热效应、SPR效应等方法，通过SPR效应法测温，是对SPR谐振峰定位的来测量温度，一般SPR效应法只有1-2个谐振峰。工作波段受到限制，谐振强度有限。
发明内容
本发明利用液芯材料随温度折射率变化与反谐振光纤谐振原理，提供了特别涉及一种双层联结型液芯反谐振光纤及其温度测量装置和方法。该光纤具有双偏振项向上的各有3个以上的谐振峰，使其具有工作光谱宽，谐振强度高，测量灵敏度高的特点，可以应用于复杂和危险环境中，对于检测技术发展有重要的意义。
本发明的一种双层联结型液芯反谐振光纤，包括外包层，以及设置在外包层内的沿外包层内侧周向均布的6对以上的联结孔；
所述的联结孔为联结管外管和联结管内管形成孔的联结结构，联结管外管的外壁和外包层的内壁相切，联结管外管的外壁和联结管内管的外壁相切；联结管内管的中心位于联结管外管中心和双层联结型液芯反谐振光纤中心的连线上；联结管外管形成外层孔，联结管内管形成内层孔；其中，外层孔半径≥内层孔半径；
在联结管内管形成的内层孔中，选择1-2个孔填充易产生SPR的材质，当为2个填充易产生SPR的材质的孔时，两个填充易产生SPR的材质的孔的中心连线和外包层的直径重合，所述的易产生SPR的材质为在输入波长能够产生SPR效应的材质，优选为金、银、石墨烯中的一种；
在外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的不规则区域填充液体作为液芯，填充液体受温度影响折射率改变范围的最大值小于光纤材质折射率，且与光纤材质折射率差大于0.05。
进一步的，联结管外管的壁厚和联结管内管的壁厚均根据外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的纤芯区域中填充液体且未填充易产生SPR的材质的反谐振光纤传输输入光的工作波段进行设置，具体设置关系式为：
tm为该谐振阶数下的内管和外管的壁厚，单位为微米，λ为谐振波长，单位为1，m为谐振阶数，n1为液芯的折射率，n0为光纤材质的折射率；
采用该公式进行计算得到的该谐振阶数下的内管和外管的壁厚，能够保证光纤的工作波段和谐振波段不重合。
液体折射率公式为
n为温度T时的折射率，n0为温度T0时的折射率，dn/dT为折射率温度系数，T为实际温度，T0为基础测试温度(通常为室温或20℃)；由公式可知液体折射率与温度直接关系，不同液体的折射率温度系数不同，温度敏感液体即折射率温度系数高的液体。温度使液芯折射率发生变化，进而导致SPR效应的谐振峰光谱发生偏移，这种位置偏移用于对温度的测量。
进一步的，双层联结型液芯反谐振光纤的光纤材质可以选择能够产生反谐振效果的材质，优选为石英玻璃、稀土掺杂玻璃、硫化物玻璃、碲化物玻璃中的一种。
进一步的，液芯的液体优选为折射率温度系数大的液体。
进一步的，内层孔填充易产生SPR的材质为满填充或填充一层，更优选为填充一层，层厚度优选为20nm-400nm。
本发明的一种双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置，包括上述双层联结型液芯反谐振光纤，还包括光源、输入光纤、输出光纤和信号检测分析部件，输入光纤的一端和双层联结型液芯反谐振光纤的输入端连接，光源设置在输入光纤的另一端，输出光纤的一端和双层联结型液芯反谐振光纤的输出端连接，信号检测分析部件和输出光纤的另一端连接；
光源将其光入射到双层联结型液芯反谐振光纤；
信号检测分析部件用于检测双层联结型液芯反谐振光纤内产生的谐振峰偏移，并对谐振峰随温度的偏移量进行分析。
一种双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置，其双层联结型液芯反谐振光纤的传输带宽和温度检测范围，可以通过对液芯的液体、光纤材质、填充易产生SPR的材质进行调整。
当光纤材质为稀土掺杂玻璃、硫化物玻璃、碲化物玻璃中的一种，双芯液芯反谐振光纤能够应用传输中红外激光。
作为优选，所述的输入光纤为单模光纤，输出光纤为多模光纤。
所述的信号检测分析部件为光谱仪。
本发明的双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量方法，包括以下步骤：
步骤1：启动设备
开启双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置中的光源和信号检测分析部件，检查信号检测分析部件，确认光路导通；
步骤2：标定参数(初次使用)
将双层联结型液芯反谐振光纤放入恒温箱中，逐步调节温度从20℃至50℃，通过信号检测分析部件测定对应不同温度下的谐振峰波峰位置，拟合出温度与谐振峰波峰位置关系；
步骤3：检测
(1)将双层联结型液芯反谐振光纤置于待测环境中；
(2)通过信号检测分析部件测量谐振峰数据；
(3)通过信号检测分析部件计算获得谐振峰波峰位置，通过谐振峰波峰位置，结合拟合的温度与谐振峰波峰位置关系，分析得到温度，达到定量测量。
所述的步骤2中，从20℃至50℃，间隔5-10℃进行设置。
本发明的双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置，其工作原理如下，在液芯折射率小于光纤材质折射率，并且二者折射率的差值大于0.05的情况下，在液芯通光时会发生SPR谐振效应。可以通过观察谐振峰位置对温度进行测量。
本发明的一种双层联结型液芯反谐振光纤及其温度测量装置和方法，相比于现有技术，其有益效果是：
可以通过不同液芯液体、光纤材质、填充材质设计不同的SPR反谐振传感光纤，可以通过不同液芯液体、光纤材质、填充材质设计不同温度的控制光纤，设计的双层联结型液芯反谐振光纤拥有非常好的双折射性能，加之联结型结构，使其能够在两个偏振方向上各产生了3个以上谐振峰即可产生6个以上的谐振峰。传统SPR光纤只能产生1-2个谐振峰，致使传统光纤的工作光谱范围受到限制。本发明光纤产生的多谐振峰使光纤的工作光谱范围获得了大幅度扩大，而且多谐振峰测量可以对温度测量结果进行相互验证结果，提高测量准确性。所以本专利具有以下优势：可以在不同的温度范围内进行设计，可以提高温度控制精度，工作光谱范围大(可以在多波段进行温度测量)，可以采用两个偏振方向进行测量。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的SiO2、金单孔填充、液芯的一种双层联结型液芯反谐振光纤截面示意图，1为外包层，2为联结管外管，3为400nm厚金层，4为联结管内管，5为液芯。
图2为本发明实施例1提供的双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置示意图；其中，I为激光光源，II为输入光纤，III为双层联结型液芯反谐振光纤；IV为输出光纤，V为光谱仪。
图3为本发明实施例1的随温度变化横向偏振的谐振峰偏移图；(a)为折射率1.36048(T＝20℃)时的光谱，(b)为为折射率1.35639(T＝30℃)时的光谱，(c)为为折射率1.35222(T＝40℃)时的光谱，(d)为为折射率1.34800(T＝50℃)时的光谱。
图4为本发明实施例1的随温度变化纵向偏振的谐振峰偏移图；(a)为折射率1.36048(T＝20℃)时的光谱，(b)为为折射率1.35639(T＝30℃)时的光谱，(c)为为折射率1.35222(T＝40℃)时的光谱，(d)为为折射率1.34800(T＝50℃)时的光谱。
图5为本发明实施例2提供的SiO2、金双孔填充、液芯的一种双层联结型液芯反谐振光纤截面示意图，1为外包层，2为联结管外管，3为400nm厚金层，4为联结管内管，5为液芯。
图6为本发明实施例2的随温度变化横向偏振的谐振峰偏移图；(a)为折射率1.36048(T＝20℃)时的光谱，(b)为为折射率1.35639(T＝30℃)时的光谱，(c)为为折射率1.35222(T＝40℃)时的光谱，(d)为为折射率1.34800(T＝50℃)时的光谱。
图7为本发明实施例1和2的温度与谐振峰波峰位置关系拟合曲线：上线为双孔横向谐振峰位置拟合函数；中线为单孔横向谐振峰位置拟合函数；下线为单孔横向谐振峰位置拟合函数。
图8为本发明实施例3提供的SiO2、金单孔填充、液芯的一种双层联结型液芯反谐振光纤截面示意图，1为外包层，2为联结管外管，3为400nm厚金层，4为联结管内管，5为液芯。
图9为本发明实施例4提供的SiO2、单孔金填充、液芯的一种双层联结型液芯反谐振光纤截面示意图，1为外包层，2为联结管外管，3为400nm厚金层，4为联结管内管，5为液芯。
图10为本发明对比例1提供的SiO2、单孔金填充、液芯的一种双层联结型液芯反谐振光纤截面示意图，1为外包层，2为联结管外管，3为400nm厚金层，4为联结管内管，5为液芯。
图11为本发明对比例2提供的SiO2、单孔金填充、液芯的一种双层联结型液芯反谐振光纤截面示意图，1为外包层，6为外管，3为400nm厚金层，7为内管，5为液芯。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述，显然实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
以下实施例中采用的光谱仪为PerkinElmer订制版，采用的光源为ARCLIGHT-MIR-20。
实施例1
一、一种双层联结型液芯反谐振光纤，其截面示意图如图1，具体描述的一种液芯与金填充的联结型反谐振光纤，本实施例所述双层联结型液芯反谐振光纤包括外包层1，以及设置在外包层内的沿外包层内侧周向均匀分布的8对联结孔，所述的联结孔为联结管外管2和联结管内管4形成孔的联结结构，联结管外管的外壁和外包层的内壁相切，联结管外管的外壁和联结管内管的外壁相切；联结管内管的中心位于联结管外管中心和双层联结型液芯反谐振光纤中心的连线上；外包层1、联结管外管2、联结管内管4的材质均为SiO2，光纤材质折射率在入射光波段为1.45，外包层外径80μm，外包层内径50μm，联结孔外层孔半径12μm，内层孔半径6μm，联结管外管和联结管内管的壁厚均为1.8μm；
在内层孔中选一个孔填充400nm厚金层3，金(Gold)层可以使用气相沉积法填充，应均匀填充，本实施例填充400nm厚；
在外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的不规则区域填充温度敏感液体，作为液芯5，本实施例液体在设定温度范围20℃～50℃内，液体的折射率变化范围为1.34800-1.36048。
工作带宽和温度可以根据光纤材质和液芯材质进行调节，由于反谐振光纤工作带宽大，所以光纤材质对工作范围限制小。
二、一种双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置，其结构示意图如图2。其包括上述双层联结型液芯反谐振光纤III，还包括激光光源I、输入光纤II、输出光纤IV和光谱仪V，输入光纤II为单模光纤，输出光纤IV为多模光纤，输入光纤II的一端和双层联结型液芯反谐振光纤III的输入端连接，激光光源I设置在输入光纤II的另一端，输出光纤IV的一端和双层联结型液芯反谐振光纤III的输出端连接，光谱仪V和输出光纤IV的另一端连接；
激光光源I将其光入射到双层联结型液芯反谐振光纤III；光谱仪V检测双层联结型液芯反谐振光纤III内产生的谐振峰偏移，并对谐振峰随温度的偏移量进行分析。
三、本实施例的一种双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤1：启动设备
开启双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置中的光源和光谱仪，检查光谱仪，确认光路导通；
步骤2：标定参数(初次使用)
将双层联结型液芯反谐振光纤放入恒温箱中，逐步调节温度从20℃至50℃，每步10℃，通过光谱仪测定谐振峰波峰位置，拟合出温度与谐振峰波峰位置关系。
步骤3：检测
(1)将双层联结型液芯反谐振光纤置于待测环境中；
(2)通过光谱仪测量谐振峰数据；谐振峰数据中，在单偏振方向上有4个谐振峰波峰，说明本实施例中光谱工作波长限制少，能够实现宽波谱对温度的测量，无需特定的光谱波长，因为其形成的谐振峰数量多，可以选择其中一个进行测量，另几个作为验证，从而增加检测灵敏度。
(3)通过光谱仪计算获得谐振峰波峰位置，通过谐振峰波峰位置分析得到温度，达到定量测量。
对本实施例得到的随温度变化横向偏振的谐振峰偏移图见图3，通过图3可知，从20℃(n＝1.36048)至50℃(n＝1.34800)波形明显向长波方向移动。
对本实施例得到的随温度变化纵向偏振的谐振峰偏移图见图4，从20℃(n＝1.36048)至50℃(n＝1.34800)波形明显向长波方向移动。
本实施例各选取单孔横向谐振峰和单孔纵向谐振峰的一个，其温度与谐振峰偏移曲线(测温拟合曲线)见图7中线和下线线，通过图可知其线性度很好，可以通过谐振峰数据直接直接获得温度数据。
实施例2
一、一种双层联结型液芯反谐振光纤，其截面示意图如图5，具体描述的一种液芯金填充的联结型反谐振光纤，本实施例所述双层联结型液芯反谐振光纤包括外包层1，以及设置在外包层内的沿外包层内侧周向均匀分布的8对联结孔，所述的联结孔为联结管外管2和联结管内管4形成孔的联结结构，联结管外管的外壁和外包层的内壁相切，联结管外管的外壁和联结管内管的外壁相切；联结管内管的中心位于联结管外管中心和双层联结型液芯反谐振光纤中心的连线上；外包层1、联结管外管2、联结管内管4的材质为SiO2，光纤材质折射率在入射光波段为1.45，外包层外径80μm，外包层内径50μm，联结孔外层孔半径12μm，内层孔半径6μm，联结管外管和联结管内管的壁厚均为1.8μm；
在内层孔中选对角的两个孔填充400nm厚金层3，金可以使用气相沉积法填充，应均匀填充，本实施例填充400nm厚；
在外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的不规则区域填充温度敏感液体，作为液芯5，本实施例液体在设定温度范围20℃～50℃内，液体的折射率变化范围为1.34800-1.36048。
工作带宽和温度可以根据光纤材质和液芯材质进行调节，由于反谐振峰较多，所以光纤材质对工作范围限制小。
二、一种双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置，其结构同实施例1，不同之处在于，采用本实施例的双层联结型液芯反谐振光纤。
三、本实施例的一种双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤1：启动设备
开启双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置中的光源和光谱仪，检查光谱仪，确认光路导通；
步骤2：标定参数(初次使用)
将双层联结型液芯反谐振光纤放入恒温箱中，逐步调节温度从20℃至50℃，每步10℃，通过光谱仪测定谐振峰波峰位置，拟合出温度与谐振峰波峰位置关系。
步骤3：检测
(1)将双层联结型液芯反谐振光纤置于待测环境中；
(2)通过光谱仪测量谐振峰数据；
(3)通过光谱仪计算获得谐振峰波峰位置，通过谐振峰波峰位置分析得到温度，达到定量测量。
对本实施例得到的随温度变化横向偏振的谐振峰偏移图见图6，通过图6可知，从20℃(n＝1.36048)至50℃(n＝1.34800)波形明显向长波方向移动。
本实施例选取4个双孔横向谐振峰的一个，其温度与谐振峰偏移曲线(测温拟合曲线)见图7上线，通过图可知其线性度很好，可以通过谐振峰数据直接直接获得温度数据。
实施例3
一种双层联结型液芯反谐振光纤，其截面示意图如图8，具体描述的一种液芯金填充的联结型反谐振光纤，本实施例所述双层联结型液芯反谐振光纤包括外包层1，以及设置在外包层内的沿外包层内侧周向均匀分布的8对联结孔，所述的联结孔为联结管外管2和联结管内管4形成孔的联结结构，联结管外管的外壁和外包层的内壁相切，联结管外管的外壁和联结管内管的外壁相切；联结管内管的中心位于联结管外管中心和双层联结型液芯反谐振光纤中心的连线上；外包层1、联结管外管2、联结管内管4的材质均为SiO2，光纤材质折射率在入射光波段为1.45，外包层外径80μm，外包层内径50μm，联结孔外层孔半径8μm，内层孔半径8μm，联结管外管和联结管内管的壁厚均为1.8μm；
在内层孔中选一个孔填充400nm厚金层3，金(Gold)层可以使用气相沉积法填充，应均匀填充，本实施例填充400nm厚；
在外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的不规则区域填充温度敏感液体，作为液芯5，本实施例液体在设定温度范围20℃～50℃内，液体的折射率变化范围为1.34800-1.36048。能找到双偏振方向上多处谐振峰，但是谐振峰强度明显低于实施例1，其原因是在该结构中，联结孔内孔距圆心远，引起的谐振效果相对实施例1低。
二、一种双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置，同实施例1，不同之处在于，采用本实施例的双层联结型液芯反谐振光纤。
三、本实施例的一种双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤1：启动设备
开启双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置中的光源和光谱仪，检查光谱仪，确认光路导通；
步骤2：标定参数(初次使用)
将双层联结型液芯反谐振光纤放入恒温箱中，逐步调节温度从20℃至50℃，每步10℃，通过光谱仪测定谐振峰波峰位置，拟合出温度与谐振峰波峰位置关系。
步骤3：检测
(1)将双层联结型液芯反谐振光纤置于待测环境中；
(2)通过光谱仪测量谐振峰数据；
(3)通过光谱仪计算获得谐振峰波峰位置，通过谐振峰波峰位置分析得到温度，达到定量测量。
虽然谐振峰的波峰不显著，但是其依然能够得到多个谐振峰，光谱工作范围宽，实现多个谐振峰对温度的测量。
实施例4
一种双层联结型液芯反谐振光纤，其截面示意图如图9，具体描述的一种液芯金填充的联结型反谐振光纤，本实施例所述双层联结型液芯反谐振光纤包括外包层1，以及设置在外包层内的沿外包层内侧周向均匀分布的6对联结孔，所述的联结孔为联结管外管2和联结管内管4形成孔的联结结构，联结管外管的外壁和外包层的内壁相切，联结管外管的外壁和联结管内管的外壁相切；联结管内管的中心位于联结管外管中心和双层联结型液芯反谐振光纤中心的连线上；外包层1、联结管外管2、联结管内管4的材质为SiO2，光纤材质折射率在入射光波段为1.45，外包层外径80μm，外包层内径50μm，联结孔外层孔半径12μm，内层孔半径6μm，联结管外管和联结管内管的壁厚均为1.8μm；
在内层孔中选一个孔填充400nm厚金层3，金(Gold)层可以使用气相沉积法填充，应均匀填充，本实施例填充400nm厚；
在外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的不规则区域填充温度敏感液体，作为液芯5，本实施例液体在设定温度范围20℃～50℃内，液体的折射率变化范围为1.34800-1.36048。能找到双偏振方向上多处谐振峰，谐振峰强度略低于实施例1。
二、一种双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置，其结构同实施例1，不同之处在于，采用本实施例的双层联结型液芯反谐振光纤。
三、本实施例的一种双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤1：启动设备
开启双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置中的光源和光谱仪，检查光谱仪，确认光路导通；
步骤2：标定参数(初次使用)
将双层联结型液芯反谐振光纤放入恒温箱中，逐步调节温度从20℃至50℃，每步10℃，通过光谱仪测定谐振峰波峰位置，拟合出温度与谐振峰波峰位置关系。
步骤3：检测
(1)将双层联结型液芯反谐振光纤置于待测环境中；
(2)通过光谱仪测量谐振峰数据；
(3)通过光谱仪计算获得谐振峰波峰位置，通过谐振峰波峰位置分析得到温度，达到定量测量。
通过测量，其与实施例1类似有多谐振峰，温度谐振峰强度比实施例1稍弱，能够实现多谐振峰的温度检测。
实施例5
一、一种双层联结型液芯反谐振光纤，其结构同实施例1，不同之处在于，在内层孔中选对角的两个孔填充金，金为满填充；
二、一种双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置，其结构同实施例1，不同之处在于，采用本实施例的双层联结型液芯反谐振光纤。
采用上述双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置，进行温度检测，其出现与实施例1波峰位置类似的多谐振峰测量，谐振峰强度相较于实施例1大幅度降低，仍可以实现多谐振峰温度测量。
实施例6
一、一种双层联结型液芯反谐振光纤，其结构同实施例1，不同之处在于，在内层孔中选对角的两个孔填充银，银为400nm厚填充；
二、一种双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置，其结构同实施例1，不同之处在于，采用本实施例的双层联结型液芯反谐振光纤。
采用上述双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置，进行温度检测，其出现多谐振峰，与实施例1的谐振峰位置有所不同，谐振峰强度相较于实施例1大幅度降低，仍可以实现多谐振峰温度测量。
对比例1
一种双层联结型液芯反谐振光纤，其截面示意图如图10，具体描述的一种液芯金填充的联结型反谐振光纤，本实施例所述双层联结型液芯反谐振光纤包括外包层1，以及设置在外包层内的沿外包层内侧周向均匀分布的8对联结孔，所述的联结孔为联结管外管2和联结管内管4形成孔的联结结构，联结管外管的外壁和外包层的内壁相切，联结管外管的外壁和联结管内管的外壁相切；联结管内管的中心位于联结管外管中心和双层联结型液芯反谐振光纤中心的连线上；外包层1、联结管外管2、联结管内管4的材质为SiO2，光纤材质折射率在入射光波段为1.45，外包层外径80μm，外包层内径50μm，联结孔外层孔半径6μm，内层孔半径10μm，联结管外管和联结管内管的壁厚均为1.8μm；
在内层孔中选一个孔填充400nm厚金层3，金(Gold)层可以使用气相沉积法填充，应均匀填充，本实施例填充400nm厚；
在外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的不规则区域填充温度敏感液体，作为液芯5，本实施例液体在设定温度范围20℃～50℃内，液体的折射率变化范围为1.34800-1.36048。谐振峰强度明显弱于实施例1-4。横向和纵向的谐振峰只有2个比较明显，检测范围明显少于实施例1-4。和实施例1相比，其内层孔半径比外层孔半径大，虽然能够用于作为温度测量传感器，但是因为明显谐振峰少，光谱工作范围窄，灵敏度低。
对比例2
一种双层液芯反谐振光纤，其截面示意图如图11，具体描述的一种液芯金填充的反谐振光纤，本实施例所述双层液芯反谐振光纤包括外包层1，以及设置在外包层内的沿外包层内侧周向均匀分布的两层各8个孔，第一层为外管6形成的外层反谐振孔，第二层为内管7形成的内层反谐振孔，外管的外壁和外包层的内壁相切，在两个外管之间设置有内管，内管的外壁和相邻的两个外管的外壁均相切；内管和外管的材质均为SiO2，光纤材质折射率在入射光波段为1.45，外包层外径80μm，外包层内径50μm，外层孔半径12μm，内层孔半径6μm，外管6和内管7的壁厚均为1.8μm；
在内层孔中选一个孔填充400nm厚金层3，金(Gold)层可以使用气相沉积法填充，应均匀填充，本实施例填充400nm厚；
在外包层、外管6和内管7围绕形成的不规则区域填充温度敏感液体，作为液芯5，本实施例液体在设定温度范围20℃～50℃内，液体的折射率变化范围为1.34800-1.36048。
二、一种双层液芯反谐振光纤的温度测量装置，其结构同实施例1，不同之处在于，采用本实施例的双层液芯反谐振光纤。
通过检测，其光谱仪检测到的谐振峰强度远弱于实施例1-4。横向和纵向的谐振峰只有1个比较明显，光谱工作范围明显少于实施例1-4。和实施例1相比，其排布不同，检测的谐振峰少，光谱工作范围窄，灵敏度低。
最后以上实施例的方法仅为较佳实施方案，并非限定本发明的保护范围，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改，等同、替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种双层联结型液芯反谐振光纤，其特征在于，该双层联结型液芯反谐振光纤包括外包层，以及设置在外包层内的沿外包层内侧周向均布的6对以上的联结孔；
所述的联结孔为联结管外管和联结管内管形成孔的联结结构，联结管外管的外壁和外包层的内壁相切，联结管外管的外壁和联结管内管的外壁相切；联结管内管的中心位于联结管外管中心和双层联结型液芯反谐振光纤中心的连线上；联结管外管形成外层孔，联结管内管形成内层孔；其中，外层孔半径≥内层孔半径；
在联结管内管形成的内层孔中，选择1-2个孔填充易产生SPR的材质，当为2个填充易产生SPR的材质的孔时，两个填充易产生SPR的材质的孔的中心连线和外包层的直径重合；
在外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的不规则区域填充液体作为液芯，填充液体受温度影响折射率改变范围的最大值小于光纤材质折射率，且与光纤材质折射率差大于0.05。
2.根据权利要求1所述的双层联结型液芯反谐振光纤，其特征在于，所述的易产生SPR的材质为在输入波长能够产生SPR效应的材质；内层孔填充易产生SPR的材质为满填充或填充一层，当为填充一层时，层厚度为20nm-400nm。
3.根据权利要求2所述的双层联结型液芯反谐振光纤，其特征在于，易产生SPR的材质为金、银、石墨烯中的一种。
4.根据权利要求1所述的双层联结型液芯反谐振光纤，其特征在于，联结管外管的壁厚和联结管内管的壁厚均根据外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的纤芯区域中填充液体且未填充易产生SPR的材质的反谐振光纤传输输入光的工作波段进行设置，具体设置关系式为：
tm为该谐振阶数下的内管和外管的壁厚，单位为微米，λ为谐振波长，单位为1，m为谐振阶数，n1为液芯的折射率，n0为光纤材质的折射率。
5.根据权利要求1所述的双层联结型液芯反谐振光纤，其特征在于，双层联结型液芯反谐振光纤的光纤材质为能够产生反谐振效果的材质。
6.根据权利要求1所述的双层联结型液芯反谐振光纤，其特征在于，光纤材质为石英玻璃、稀土掺杂玻璃、硫化物玻璃、碲化物玻璃中的一种。
7.根据权利要求1所述的双层联结型液芯反谐振光纤，其特征在于，液芯的液体为折射率温度系数大的液体。
8.一种双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置，其特征在于，包括权利要求1-7任意一项所述的双层联结型液芯反谐振光纤，还包括光源、输入光纤、输出光纤和信号检测分析部件，输入光纤的一端和双层联结型液芯反谐振光纤的输入端连接，光源设置在输入光纤的另一端，输出光纤的一端和双层联结型液芯反谐振光纤的输出端连接，信号检测分析部件和输出光纤的另一端连接；
光源将其光入射到双层联结型液芯反谐振光纤；
信号检测分析部件用于检测双层联结型液芯反谐振光纤内产生的谐振峰偏移，并对谐振峰随温度的偏移量进行分析。
9.根据权利要求8所述的双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置，其特征在于，该双层联结型液芯反谐振光纤的传输带宽和温度检测范围，通过对液芯的液体、光纤材质、填充易产生SPR的材质进行调整；
所述的输入光纤为单模光纤，输出光纤为多模光纤。
10.一种双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量方法，其特征在于，采用权利要求8所述的双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置，包括以下步骤：
步骤1：启动设备
开启双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置中的光源和信号检测分析部件，检查信号检测分析部件，确认光路导通；
步骤2：标定参数(初次使用)
将双层联结型液芯反谐振光纤放入恒温箱中，逐步调节温度从20℃至50℃，通过信号检测分析部件测定对应不同温度下的谐振峰波峰位置，拟合出温度与谐振峰波峰位置关系；
步骤3：检测
(1)将双层联结型液芯反谐振光纤置于待测环境中；
(2)通过信号检测分析部件测量谐振峰数据；
(3)通过信号检测分析部件计算获得谐振峰波峰位置，通过谐振峰波峰位置，结合拟合的温度与谐振峰波峰位置关系，分析得到温度，达到定量测量。
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Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101825737A (zh) * | 2009-02-20 | 2010-09-08 | 德拉克通信科技公司 | 包括纳米结构的光纤放大器 |
| CN102590930A (zh) * | 2012-02-28 | 2012-07-18 | 天津理工大学 | 一种基于表面等离子体共振的光子晶体光纤 |
| US20160334333A1 (en) * | 2015-05-15 | 2016-11-17 | I-Shou University | Sensing fiber and sensing device |
| CN107860492A (zh) * | 2017-11-06 | 2018-03-30 | 北京科技大学 | 一种基于spr的光子晶体光纤温度传感器 |
| CN109029778A (zh) * | 2018-10-15 | 2018-12-18 | 辽宁省计量科学研究院 | 一种基于表面等离子体共振的温度测量装置及方法 |
| CN109682781A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-04-26 | 燕山大学 | 一种五角形排布的光子晶体光纤传感器 |
| CN110132894A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-16 | 中国矿业大学 | 一种温度补偿的光子晶体光纤甲烷传感装置 |
| CN110441257A (zh) * | 2019-07-01 | 2019-11-12 | 南京邮电大学 | 基于光子晶体光纤的生物双参量传感器 |
| CN112432715A (zh) * | 2020-11-19 | 2021-03-02 | 哈尔滨理工大学 | 一种基于spr的d型光子晶体光纤温度传感装置及方法 |
-
2021
- 2021-03-19 CN CN202110294817.4A patent/CN113049138B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101825737A (zh) * | 2009-02-20 | 2010-09-08 | 德拉克通信科技公司 | 包括纳米结构的光纤放大器 |
| CN102590930A (zh) * | 2012-02-28 | 2012-07-18 | 天津理工大学 | 一种基于表面等离子体共振的光子晶体光纤 |
| US20160334333A1 (en) * | 2015-05-15 | 2016-11-17 | I-Shou University | Sensing fiber and sensing device |
| CN107860492A (zh) * | 2017-11-06 | 2018-03-30 | 北京科技大学 | 一种基于spr的光子晶体光纤温度传感器 |
| CN109029778A (zh) * | 2018-10-15 | 2018-12-18 | 辽宁省计量科学研究院 | 一种基于表面等离子体共振的温度测量装置及方法 |
| CN109682781A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-04-26 | 燕山大学 | 一种五角形排布的光子晶体光纤传感器 |
| CN110132894A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-16 | 中国矿业大学 | 一种温度补偿的光子晶体光纤甲烷传感装置 |
| CN110441257A (zh) * | 2019-07-01 | 2019-11-12 | 南京邮电大学 | 基于光子晶体光纤的生物双参量传感器 |
| CN112432715A (zh) * | 2020-11-19 | 2021-03-02 | 哈尔滨理工大学 | 一种基于spr的d型光子晶体光纤温度传感装置及方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| TULIKA KHANIKAR 等: "A review on infiltrated or liquid core fiber optic SPR sensors", 《PHOTONICS ANDNANOSTRUCTURES-FUNDAMENTALSANDAPPLICATIONS》 * |
| XUDONG LI 等: "High Sensitivity Photonic Crystal Fiber Refractive Index Sensor with Gold Coated Externally Based on Surface Plasmon Resonance", 《MICROMACHINES》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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