CN1670507A - 光子晶体光纤流体传感装置 - Google Patents

光子晶体光纤流体传感装置 Download PDF

Info

Publication number
CN1670507A
CN1670507A CN 200510013297 CN200510013297A CN1670507A CN 1670507 A CN1670507 A CN 1670507A CN 200510013297 CN200510013297 CN 200510013297 CN 200510013297 A CN200510013297 A CN 200510013297A CN 1670507 A CN1670507 A CN 1670507A
Authority
CN
China
Prior art keywords
photonic crystal
fiber
fibre
sensing device
optical fiber
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.)
Pending
Application number
CN 200510013297
Other languages
English (en)
Inventor
张伟刚
开桂云
金龙
涂勤昌
刘艳格
王志
袁树忠
董孝义
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.)
Nankai University
Original Assignee
Nankai 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 Nankai University filed Critical Nankai University
Priority to CN 200510013297 priority Critical patent/CN1670507A/zh
Publication of CN1670507A publication Critical patent/CN1670507A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明涉及一种光纤传感装置,特别是能够对气体、液体的浓度进行高精度实时监控与测量的光子晶体光纤流体传感装置。该传感装置由光子晶体光纤、光纤接插器、普通光纤、光源、光探测器组成,光子晶体光纤的一端经光纤接插器与普通光纤连接,普通光纤与光源连接;另一端经光纤接插器与普通光纤连接,普通光纤再与光探测器连接。基于光纤包层的微孔结构,利用表面特殊处理形成的凹陷敏感区实现流体浓度实时感测。具有测量精度高、抗电磁干扰、灵活便携、适合在恶劣环境下工作等特点。通过优化设计,改变凹陷区形状和深度,能够获得适宜的传感灵敏度,结构简洁,易与光纤系统集成。

Description

光子晶体光纤流体传感装置
技术领域
本发明涉及一种光纤传感装置,特别是能够对气体、液体的浓度进行高精度实时测量的光子晶体光纤流体传感装置。
背景技术
光子晶体光纤是一种微结构光纤,其结构特点是光纤包层沿轴向均匀排列着具有二维周期性结构的空孔阵列。光子晶体光纤包层微孔的大小与波长数量级相同,通过优化设计微孔大小、占空比以及排列方式或者在光纤空气孔中填充特殊介质等方式,能够获得一系列“奇异”的光学特性,可利用这些卓越性能研制新型的光纤传感器。
本发明是一种光子晶体光纤流体传感装置,是基于光子晶体光纤包层的微孔结构,利用表面特殊处理形成的凹陷敏感区,从而进行流体浓度实时感测的光子晶体光纤流体传感装置。在公知的光纤传感装置中,目前尚没有采用光子晶体光纤表面凹陷区进行流体(液体、气体)实时感测浓度的光子晶体光纤流体传感装置的专利报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种流体浓度实时感测的光子晶体光纤流体传感装置,并可应用于液体、气体的浓度的实时监控与测量。其技术方案如下:
这种光子晶体光纤流体传感装置,它包括光子晶体光纤、光纤接插器、普通光纤、光源、光探测器;其特点在于:光子晶体光纤的一端经光纤接插器与普通光纤连接,普通光纤与光源连接;光子晶体光纤的另一端经光纤接插器与普通光纤连接,普通光纤再与光探测器连接。
本发明的传感元件仅为一根三角形结构光子晶体光纤,三角形结构是指光纤横截面上每三个相邻的微空气孔呈正三角形排列的结构。该光纤经腐蚀、抛磨或灼刻等技术使其表面形成凹陷的敏感区,结构简洁,易于与光纤系统集成。
本发明的有益效果是:传感元件仅为一根光子晶体光纤,经腐蚀、抛磨或灼刻等技术使其表面形成凹陷的敏感区。凹陷区形状和深度灵活,能够获得多变的浓度传感灵敏度,结构简洁,易于与光纤系统集成。基于光子晶体光纤本身的优点,这种传感装置具有测量精度高、抗电磁干扰、灵活便携、适合在恶劣环境下工作等特点。
附图说明
图1是三角形结构光子晶体光纤表面凹陷区示意图。
(a)截面图,(b)侧面图。
图2是三角形结构光子晶体光纤表面环轴凹陷区示意图。
(a)截面图,(b)侧面图。
图3是本发明的传感测量结构示意图。
图4是本发明的相对灵敏度与波长关系图。
其中:1.表面处理后的光子晶体光纤,2.光纤接插器,3.普通光纤,4.光源,5.光探测器。
具体实施方式
在图3中的测量装置结构图中,这种光子晶体光纤流体传感装置,它包括光子晶体光纤、光纤接插器、普通光纤、光源、光探测器;其特征点于:光子晶体光纤1的一端经光纤接插器2与普通光纤3连接,普通光纤3与光源4连接;光子晶体光纤的另一端经光纤接插器与普通光纤连接,普通光纤再与光探测器5连接。
光子晶体光纤是玻璃或塑料材料的光子晶体光纤,每三个相邻的微空气孔呈正三角形排列;光纤表面敏感区可为沿光纤轴向的部分凹陷区、绕光纤轴的环绕凹陷区。
普通光纤为玻璃光纤或塑料光纤。
光子晶体光纤流体传感装置的工作环境温度是-20℃~+70℃之间的某一恒温。
光源是宽带光源或可调谐光纤激光器。
光探测器是多波长计或光功率计。
光子晶体光纤表面敏感区为沿光纤轴向的凹陷区,凹陷敏感区长度L=10.0mm,深度h=30.0μm。根据Beer-Lambert定理,基于光子晶体光纤空气孔中的瞬逝场与气体吸收相互作用规律,光子晶体光纤中气体浓度与光强度衰减关系为:
                     I(λ)=I0(λ)exp[-rαm(λ)lC]                     (1)
其中αm(λ)是气体的吸收系数,l是光子晶体光纤结构光纤的长度,C是气体的浓度,r是相对灵敏度,定义为r=(nr/ne)f。其中nr和ne分别是气体的折射率和光子晶体光纤中传导模式的有效折射率,而f是空气孔中能量占光子晶体光纤中总能量的百分比。
理论研究与实验结果表明:把公式(1)中相应的气体参量用液体参量代换,(1)式亦可作为感测诸多液体的光子晶体光纤流体传感基本关系式。
采用全矢量有限单元法计算了三角形结构的光子晶体光纤气体传感的相对灵敏度。光纤的结构参数是:空气孔间距Λ=3.2μm,空气孔直径为d。我们计算了三种情况下,空气孔大小不同情况下的相对灵敏度与波长的变化关系,结果如图4所示。
根据(1)式,光子晶体光纤流体(气体、液体)传感特性主要由相对灵敏度r来表征,通过合理设计光子晶体光纤的结构,能够得到较高r值的PCF。因此,通过合理的设计PCF结构,能够增大光子晶体光纤光场与流体(气体、液体)的相互作用,提高光子晶体光纤感测流体(气体、液体)的灵敏度。
实测中,该光子晶体光纤流体传感装置的工作环境温度需保持恒定。在T=-20℃~+70℃范围内,只要该光子晶体光纤流体传感装置保持在此温度区间内的某一恒温,能够对流体(气体、液体)的浓度进行高精度实时监控与测量。

Claims (6)

1.一种光子晶体光纤流体传感装置,它包括光子晶体光纤、光纤接插器、普通光纤、光源、光探测器;其特征在于:光子晶体光纤(1)的一端经光纤接插器(2)与普通光纤(3)连接,普通光纤(3)与光源(4)连接;光子晶体光纤的另一端经光纤接插器与普通光纤连接,普通光纤再与光探测器(5)连接。
2.根据权利要求1所述的光子晶体光纤流体传感装置,其特征在于:光子晶体光纤是玻璃或塑料材料的光子晶体光纤,光纤横截面上每三个相邻的微空气孔呈正三角形排列;光纤表面敏感区可为沿光纤轴向的部分凹陷区、绕光纤轴的环绕凹陷区。
3.根据权利要求1所述的光子晶体光纤流体传感装置,其特征在于:普通光纤为玻璃光纤或塑料光纤。
4.根据权利要求1所述的光子晶体光纤流体传感装置,其特征在于:光子晶体光纤流体传感装置的工作环境温度是-20℃~+70℃之间的某一恒温。
5.根据权利要求1所述的光子晶体光纤流体传感装置,其特征在于:光源是宽带光源或可调谐光纤激光器。
6.根据权利要求1所述的光子晶体光纤流体传感装置,其特征在于:光探测器是多波长计或光功率计。
CN 200510013297 2005-04-08 2005-04-08 光子晶体光纤流体传感装置 Pending CN1670507A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200510013297 CN1670507A (zh) 2005-04-08 2005-04-08 光子晶体光纤流体传感装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200510013297 CN1670507A (zh) 2005-04-08 2005-04-08 光子晶体光纤流体传感装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1670507A true CN1670507A (zh) 2005-09-21

Family

ID=35041845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 200510013297 Pending CN1670507A (zh) 2005-04-08 2005-04-08 光子晶体光纤流体传感装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN1670507A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101251534B (zh) * 2008-01-02 2011-11-30 深圳大学 一种生化及医用空芯布拉格光纤测量分析系统
CN102749304A (zh) * 2012-06-20 2012-10-24 南京大学(苏州)高新技术研究院 高灵敏度光子晶体光纤折射率传感器及制法
WO2018064822A1 (en) * 2016-10-09 2018-04-12 South China Normal University Permeable optical fiber for gas sensing
WO2018064821A1 (en) * 2016-10-09 2018-04-12 South China Normal University Distributed optical fiber gas sensor

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101251534B (zh) * 2008-01-02 2011-11-30 深圳大学 一种生化及医用空芯布拉格光纤测量分析系统
CN102749304A (zh) * 2012-06-20 2012-10-24 南京大学(苏州)高新技术研究院 高灵敏度光子晶体光纤折射率传感器及制法
WO2018064822A1 (en) * 2016-10-09 2018-04-12 South China Normal University Permeable optical fiber for gas sensing
WO2018064821A1 (en) * 2016-10-09 2018-04-12 South China Normal University Distributed optical fiber gas sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lu et al. Temperature sensing using photonic crystal fiber filled with silver nanowires and liquid
Islam et al. A novel hollow core terahertz refractometric sensor
CN1844856A (zh) 写有光栅的光子晶体光纤的横向应力传感系统及实现方法
CN1648637A (zh) 一种光纤气体传感器
CN1940607A (zh) 纤维光学化学传感装置、系统和方法
Zhuo et al. Side polished fiber: a versatile platform for compact fiber devices and sensors
CN1670507A (zh) 光子晶体光纤流体传感装置
Chen et al. Agarose coated macro-bend fiber sensor for relative humidity and temperature measurement at 2 μm
Wang et al. Mid-infrared gas detection using a chalcogenide suspended-core fiber
CN1758061A (zh) 光纤光栅流速传感装置
Khanikar et al. Reflectance-based no core fiber sensor with enhanced Sensitivity for salinity detection
Wang et al. High-sensitivity sensing in bare Ge-Sb-Se chalcogenide tapered fiber with optimal structure parameters
Abbaszadeh et al. High sensitive triangular photonic crystal fiber sensor design applicable for gas detection
Wang et al. Temperature sensor based on modes coupling effect in a liquid crystal-filled microstructured optical fiber
Wang et al. Curvature sensor based on D-shape fiber long period fiber grating inscribed and polished by CO2 laser
Amin et al. FEA_LiNbO3: finite element analysis of novel LiNbO3 material based fiber for optical communication properties of nonlinear applications
Zhao et al. Notch POF integrated with smartphone for liquid level and refractive index monitoring
Cao et al. Demonstration of a ZnO-nanowire-based nanograting temperature sensor
Xin et al. Refractive index sensor based on a step index multimode polymer optical fiber with a micro-hole created by a miniature numerical control machine
Teng et al. Refractive index sensor based on multi-mode plastic optical fiber with long period grating
Yu et al. Highly sensitive photonic crystal fiber-based refractive index sensing using mechanical long-period grating
Li et al. Novel refractive index sensor based on fiber bragg grating in nano-bore optical fiber
Ali Adopted octagonal photonic crystal fiber for analyte liquids sensing
Gu et al. Ultra-sensitive optical fiber ethanol gas sensor based on Vernier effect in cascaded Mach-Zehnder interferometer and Sagnac interferometer
CN211401478U (zh) 基于双芯耦合微扰型光子晶体光纤温度传感器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication