CN202008466U - 一种基于灌注型HiBi-PCF-FLM折射率传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于灌注型HiBi-PCF-FLM折射率传感器。本实用新型中3dB耦合器一边的两个端口分别与宽带光源、光谱分析仪的输入端光连接，3dB耦合器另一边的两个端口分别与光子晶体光纤的两端光连接。3dB耦合器和光子晶体光纤构成HiBi-PCF-FLM，HiBi-PCF-FLM是传感元。本实用新型具有结构简单、灵敏度高的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤传感技术领域，涉及一种基于灌注型高双折射光子晶体光纤环镜(Highly Birefringent Photonic Crystal Fiber Loop Mirror，HiBi-PCF-FLM)的折射率传感器。
背景技术
折射率在生产生活中是一个重要的基本物理参量。折射率与物质含量、组成或浓度等其它的一些参量成正相关的关系，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，在化工、食品分析、未知物鉴定、质量监控、污染分析和油井监测等众多重要领域有广泛的应用。目前，测量折射率的方法有布儒斯特角法、阿贝折光仪、干涉法、分光光度计、表面等离子体增强发射谱法和光速测量仪等测量方法。但是这些方法中，有的测量范围受限制，有的要求对被测样品进行复杂加工、仪器调整复杂，有的使用环境要求苛刻、可靠性差，有的制造技术复杂、成本高。
光纤传感器有许多独特的优点，如对电磁干扰不敏感，体积小，抗腐蚀，可应用于各种不同的环境中。用光纤作为折射率测量媒介的机理多种多样，而基于布拉格光纤光栅或长周期光纤光栅的折射率传感器以其较简单的原理--采用折射率变化引起的波长漂移量或强度变化进行解调即可得到温度信息，而受到人们的重视。然而，在折射率为1.33时，长周期光纤光栅折射率传感器的灵敏度为50nm/RIU，无法应用于高灵敏折射率测量领域。
光子晶体光纤是一种新型光纤，其包层中沿轴向周期性排列 着波长量级的空气孔，具有二维光子晶体结构。通过对这些空气孔的大小、分布或折射率的灵活设计，可以实现不同的功能。本实用新型就是在光子晶体光纤空气孔中灌注待测溶液来实现折射率传感。
发明内容
本实用新型的目的就是针对现有光纤折射率传感器存在的灵敏度不高的特点，提出一种基于灌注型高双折射光子晶体光纤与光纤环镜结合的折射率传感器。此传感器具有结构简单、灵敏度高的优点。
本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案是：
一种基于灌注型HiBi-PCF-FLM折射率传感器，包括宽带光源、3dB耦合器、光子晶体光纤、HiBi-PCF-FLM、光谱分析仪。
3dB耦合器一边的两个端口分别与宽带光源、光谱分析仪的输入端光连接，3dB耦合器另一边的两个端口分别与光子晶体光纤的两端光连接。3dB耦合器和光子晶体光纤构成HiBi-PCF-FLM，HiBi-PCF-FLM是传感元。
本实用新型所具有的有益效果为：HiBi-PCF-FLM内两束对向传输的光的相位差对折射率变化非常敏感，经过光纤环镜输出端的干涉作用，折射率的微小变化就能引起HiBi-PCF-FLM干涉谱的较大漂移，通过监测干涉光谱中某一损耗峰的漂移量，就可以解调出折射率信息，从而大大提高了折射率传感的灵敏度；因而，不需通过增加光子晶体光纤的长度来提高HiBi-PCF-FLM传感器的灵敏度，使HiBi-PCF-FLM折射率传感器的尺寸大大缩小。
附图说明
图1为本实用新型的结构图，图2为本实用新型中光子晶体光纤的端面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进一步描述。
如图1所示，一种基于灌注型HiBi-PCF-FLM折射率传感器，包括宽带光源1、3dB耦合器2、光子晶体光纤3、HiBi-PCF-FLM4、光谱分析仪5。
3dB耦合器2一边的两个端口分别与宽带光源1、光谱分析仪5的输入端光连接，3dB耦合器2另一边的两个端口分别与光子晶体光纤3的两端光连接。3dB耦合器2和光子晶体光纤3构成HiBi-PCF-FLM4，HiBi-PCF-FLM4是传感元。
本实用新型装置的工作方式为：3dB耦合器将由宽带光源发出的光分成两束相向传输的光进入HiBi-PCF-FLM，在HiBi-PCF-FLM中传播一周后通过光纤耦合器从HiBi-PCF-FLM的输出端口射出。由于光子晶体光纤具有较高的双折射效果，因此两束相反方向传播的光会产生相位差，其值为：
其中：Δn为HiBi-PCF-FLM中两相向传输的光的折射率差，L为光子晶体光纤的长度，λ为入射光波波长。本实用新型中，L为6.3cm，在波长为1550nm时折射率差为8.5×10-4。
具有相位差的两束光在HiBi-PCF-FLM的输出端相遇后会产生干涉，形成具有多个损耗峰的干涉谱，干涉谱与相位差的关系如下：
利用毛细现象灌注光子晶体光纤溶液的折射率不同，HiBi-PCF-FLM中对向传输光的折射率差值也不同，对向传输光的相位差也就不同。根据上述公式可知，HiBi-PCF-FLM的干涉谱会随灌注溶液折射率的不同发生漂移，通过监测某个损耗峰随折射率变化产 生的漂移量，就可以解调出折射率信息。该装置波长对折射率的灵敏度达13550nm/RIU，即当光谱仪的分辨率为10pm时，可探测折射率变化为7.38×10-7。
本实用新型装置能够实现高灵敏度折射率测量的关键技术为：光子晶体光纤空气孔中全部灌注待测溶液；所使用的光子晶体光纤在灌注溶液后能达到较高的双折射效果；光纤环镜中两束对向传输的光的相位差对折射率变化比较敏感，经过光纤环镜输出谱的干涉作用，能带来损耗峰的较大漂移，从而提高折射率测量的灵敏度。
本实施例中光子晶体光纤光纤，长度为6.3cm，在波长为1550nm时折射率差为8.5×10-4，其包层中两个大空气孔的直径为6μm，小空气孔的直径为2.74μm，两个相邻小空气孔间距为5.46μm。
Claims (2)
1.一种基于灌注型HiBi-PCF-FLM折射率传感器，包括宽带光源、3dB耦合器、光子晶体光纤、HiBi-PCF-FLM、光谱分析仪，其特征在于：
3dB耦合器一边的两个端口分别与宽带光源、光谱分析仪的输入端光连接，3dB耦合器另一边的两个端口分别与光子晶体光纤的两端光连接；3dB耦合器和光子晶体光纤构成HiBi-PCF-FLM，HiBi-PCF-FLM是传感元。
2.如权利要求1所述的一种基于灌注型HiBi-PCF-FLM折射率传感器，HiBi-PCF的特征在于测量时对HiBi-PCF的空气孔全部灌注待测溶液。
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| CN109709639A (zh) * | 2019-02-21 | 2019-05-03 | 武汉理工大学 | 全分布式的三芯硫系长光纤光栅制作平台及方法 |
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| CN109709639B (zh) * | 2019-02-21 | 2020-11-24 | 武汉理工大学 | 全分布式的三芯硫系长光纤光栅制作平台及方法 |
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