CN203259472U - 基于光纤布拉格光栅解调的光子晶体光纤折射率传感器 - Google Patents
基于光纤布拉格光栅解调的光子晶体光纤折射率传感器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及基于光纤布拉格光栅解调的光子晶体光纤折射率传感器。在一般折射率传感器中，要用到较昂贵的光谱分析仪进行检测。本实用新型由一个光子晶体光纤两端塌陷熔接单模光纤组成的光纤干涉仪，将其作为传感头，其后光连接光纤布拉格光栅做为解调器。因其光波在塌陷熔接区的模间产生的干涉现象，经过后面的光纤布拉格光栅后反射干涉传输谱的布拉格波长处的光，反射光反向传播通过环路器到达光功率计，测量出光能量。由于对于光纤干涉仪的干涉光谱对外部折射率变化敏感，从而导致干涉光经过光纤布拉格光栅反射光的能量改变。故可用光功率计检测反射的光能的变化来检测外部折射率的变化。本实用新型具有低成本、高精度低温度敏感性。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤传感技术领域，涉及一种基于光纤布拉格光栅解调的光子晶体光纤折射率传感器。
背景技术
折射率是一个基本的材料属性，并且在化学、生物和物理领域是最重要的参量之一。体积小和灵敏度高的折射率传感器能够在生物传感和工业加工过程的应用中起到关键的作用。近几年，多种基于光纤的折射率传感器由于具备尺寸小，性能良好，操作方便等优点，受到人们越来越多的关注。他们中的一种是基于光纤光栅的折射率传感器，包括布拉格光纤光栅，长周期光纤光栅和倾斜光纤布拉格光栅等。其中倾斜光纤布拉格光栅由于模式耦合作用，其光栅的共振波长依赖于外部环境的折射率变化。他们中的另一种是基于干涉法，例如法布里-波罗干涉装置，迈克尔逊干涉仪和单-多-单模光纤结构。
光子晶体光纤在沿轴方向的大量空气孔，具有独特的光学性质，因而可用来研制各种光纤的器件，包括光纤传感器和光纤通讯设备。近些年，人们研制出大量的基于光子晶体光纤的传感器，用来测量折射率、应力和温度。其中，基于光子晶体光纤的折射率传感器做为重要的传感系统，可以通过以下方式实现，如在光子晶体光纤上刻写光纤布拉格光栅，在光子晶体光纤上刻写倾斜光纤布拉格光栅，将光子晶体光纤熔接长周期光纤光栅和联运的光子晶体光纤干涉仪等装置。用来进行折射率传感的基于单-多-单模光纤结构的光子晶体光纤干 涉仪，通常由光子晶体光纤和两单模光纤完全塌陷熔接形成。但是以前针对折射率传感的光子晶体光纤干涉仪的研究工作，传输的信息主要是通过监测干涉谱的波长位移得到，这就导致装置中必须具备较昂贵的光谱分析仪，使得实验成本增加。
在光纤技术领域，光纤布拉格光栅作为一种重要的光学设备。其具有体积小巧、性价比高和易于生产等优点。将光子晶体光纤干涉仪用做传感头，广泛应用于通过控制布拉格波长移动原来进行的各种测量。同时，光纤布拉格光栅也能够用作光学传感系统中的解调元件，通过测量在布拉格波长处折射光功率的变化来进行光学传感。
本实用新型是将普通的布拉格光栅用做解调元件连接在光子晶体光纤干涉仪后，此干涉仪由一小段光子晶体光纤两端塌陷熔接单模光纤构成，用来对折射率进行测量。其结构简单，测量成本低，灵敏度高，低温度敏感性，适于实际应用。
发明内容
本实用新型目的就是针对现有的利用光子晶体光纤干涉仪对折射率测量的实验装置中使用光谱分析仪，使实验成本较高的问题，提出了一种结构简单、实验成本低的基于光纤布拉格光栅解调的光子晶体光纤折射率传感器。
本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案是：
基于光纤布拉格光栅解调的光子晶体光纤折射率传感器，包括宽带光源、光纤环路器、由一段光子晶体光纤两端塌陷熔接两单模光纤构成的光纤干涉仪、光纤布拉格光栅、光功率计。
宽带光源与光纤环路器第一个接口光连接，光纤环路器第二个接口与由一段光子晶体光纤两端塌陷熔接两单模光纤构成的光纤干涉仪光连接，光纤干涉仪另一端与光纤布拉格光栅光连接，光纤环路器第三个接口与光功率计光连接。所述的光子晶体光纤的长度应小于5cm，光纤布拉格光栅的反射波长位于光子晶体光纤干涉仪的干涉光谱单调区间上。
一个光子晶体光纤两端塌陷熔接单模光纤形成的光纤干涉仪作为传感头，后接的光纤布拉格光栅作为解调器，这样构成了折射率传感器。
该实用新型具有的有益效果为：当外部的折射率改变时，光子晶体光纤的干涉光谱发生位移，所以光纤布拉格光栅能够反射光子晶体光纤在布拉格波长处干涉光谱的光能量，通过光纤环路器进入光功率计进行测量，从而实现对折射率的传感。由此，通过使用光功率计代替较昂贵的光谱分析仪来监测相应反射光能量得到传输的信息，以减少了实验的成本。同时，由于在光纤布拉格光栅和光子晶体光纤干涉仪中间有个温度补偿，使得折射率传感器有低温度敏感性，适于实际应用。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行描述。
如图1所示，基于光纤布拉格光栅解调的光子晶体光纤折射率传 感器，包括宽带光源1、光纤环路器2、单模光纤3、光子晶体光纤4、光纤布拉格光栅5和光功率计6。宽带光源1与光纤环路器2第一个接口光连接，光纤环路器2第二个接口与单模光纤3光连接，单模光纤3与光子晶体光纤4的前端塌陷熔接，光子晶体光纤4的后端与刻有光纤布拉格光栅5的单模光纤3塌陷熔接，光纤环路器2第三个接口与光功率计6光连接。
本实用新型的工作方式为：宽带光源发出的光经过环形器进入单模光纤，经过单模光纤与光子晶体光纤的塌陷熔接处后，产生了模间干涉，激发不同模式的光，通过光子晶体光纤，在光子晶体光纤与单模光纤的另一个熔接区发生再结合，由于不同模式的光波相对折射率的差异，在光传输通过光子晶体光纤过程中产生相位差，输出光发生了干涉现象。经过后面的光纤布拉格光栅时，光波长为布拉格波长的光被反射回来，反向传输后经过光纤环路器，进入光功率计对反射的光能量进行检测。由于外部的折射率变化，引起传输光的光程差发生变化，发生干涉现象也随之改变，经过光纤布拉格光栅反射回来的光其能量发生变化并通过光功率测量值反映出来。
该装置能够实现对折射率的传感，关键技术在于，一根较短的光子晶体光纤两端与单模光纤塌陷熔接，使得光在两个塌陷熔接区域产生模间干涉，其后连接的光纤布拉格光纤做解调设备，通过检测反射的布拉格波长的光的能量，来反映光通过光子晶体光纤的光程差的变化，从而反映外部折射率的变化。其上述光子晶体的长度应足够短，保证干涉光谱的周期较长，测量时选取光谱单调区间上的中间点位 置，以增大测量范围。
本实例中，宽带光源波段为1520nm到1600nm，PCF为2.5cm，RI为从1到1.3890，布拉格波长为1566.8nm，波峰间距为26.4nm，塌陷熔接区长度为210μm和208μm，传感器的分辨率为1.5×10-5。
Claims (1)
1.基于光纤布拉格光栅解调的光子晶体光纤折射率传感器，包括宽带光源、光纤环路器、由一段光子晶体光纤两端塌陷熔接两单模光纤构成的光纤干涉仪、光纤布拉格光栅、光功率计，其特征在于：宽带光源与光纤环路器第一个接口光连接，光纤环路器第二个接口与由一段光子晶体光纤两端塌陷熔接两单模光纤构成的光纤干涉仪光连接，光纤干涉仪另一端与光纤布拉格光栅光连接，光纤环路器第三个接口与光功率计光连接；所述的光子晶体光纤的长度应小于5cm，光纤布拉格光栅的反射波长位于光子晶体光纤干涉仪的干涉光谱单调区间上。
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| CN104215610B (zh) * | 2014-06-16 | 2017-02-15 | 中国计量学院 | 基于等离子谐振腔的光纤表面等离子体传感器 |
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