CN213180346U - 一种基于ZnO薄膜的光纤紫外传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种ZnO薄膜的光纤紫外传感器，涉及光纤传感器技术领域，具体涉及一种ZnO薄膜的光纤紫外传感器。本实用新型是为了改善现有紫外传感器存在的使用时易受外界干扰、灵敏度低、成本过高、体积较大等问题。本实用新型包括宽带光源、包覆ZnO薄膜的微纳光纤耦合器和光谱仪。其中包覆ZnO薄膜的微纳光纤耦合器内包含微纳光纤耦合器、氧化锌薄膜；微纳光纤耦合器包含三个端口。本实用新型最终通过光谱仪来对光信号的干涉谱变化进行分析，进而对紫外光进行传感。
Description
技术领域
本实用新型具体涉及一种基于ZnO薄膜的光纤紫外传感器，属于光纤传感器技术领域。
背景技术
紫外线传感技术是传感技术的一种，可以利用光敏元件通过光伏模式和光导模式将紫外线信号转换为可测量的电信号。最早的紫外线传感器是基于单纯的硅，但是单纯的硅二极管也响应可见光，形成本来不需要的电信号，以及Si的带隙能量问题导致精度不高。随着材料领域技术的发展，出现了可以替代以Si为材料制备的紫外传感器如以SiC，GaN为材料制备的紫外线传感器等，与Si相比以SiC，GaN 为材料制备的紫外线传感器有更好的响应速度和抗干扰能力，其精度远远高于单晶硅的精度，成为最常用的紫外线传感器材料。随着材料领域进一步发展，现阶段二六族材料逐渐被应用于紫外线传感器领域，从研发的角度及性能测试上看，以二六族材料制得的紫外传感器比GaN系的传感器的精度提高了近105倍。
随着光纤检测技术的不断发展，研究者们的目光从普通光纤逐渐转至微米、纳米级别的光纤。微纳光纤结合了纳米技术和光纤技术，制成的传感器拥有体积小、灵敏度高、抗电磁干扰等优良性能，是未来纳米量级光学器件发展的基础，同时也是讨论光学领域如何进入纳米量级的重要课题。而对于紫外传感器，除了在光纤结构上的改良能够提升灵敏度，在传感单元上涂覆敏感材料也可以大大提升传感器的灵敏性能。因此基于敏感材料涂层ZnO薄膜的光纤传感器在紫外传感领域拥有着及其广阔的发展前景和研究意义。
发明内容
本实用新型的目的是为了解决目前市面上紫外传感器使用时易受外界干扰、灵敏度低、成本过高、精确度不足、体积较大等问题，而提出的一种基于ZnO 薄膜的光纤紫外传感器。
为此，本实用新型采用了如下技术方案：
提供了一种基于ZnO薄膜的光纤紫外传感器，该紫外传感器包括包括宽带光源(1)、包覆ZnO薄膜的微纳光纤耦合器(2)、光谱仪(3)；
所述包覆氧化ZnO薄膜的微纳光纤耦合器(2)内包含P1、P2、P3三个端口；
所述包覆氧化ZnO薄膜的微纳光纤耦合器(2)中包含一号单模光纤(2-1)、二号单模光纤(2-2)、ZnO涂覆层(2-3)、锥形微纳耦合光纤(2-4)，包覆ZnO 薄膜的微纳光纤耦合器(2)的P1端和P3端与宽带光源(1)的输出端相连接，包覆ZnO薄膜的微纳光纤耦合器(2)的P2端与光谱仪(3)相连接；
所述光谱仪(3)对包覆ZnO薄膜的微纳光纤耦合器(2)所输出的光信号进行光谱检测，并根据检测结构相应的获得传感数据。
所述的ZnO涂覆层(2-3)采用对紫外光敏感的氧化锌纳米花结构。
所述的包覆ZnO薄膜的微纳光纤耦合器(2)由两根G657A2单模光纤通过熔融拉锥制成。
所述的锥形微纳耦合光纤(2-4)的锥腰直径为6.7μm。
所述的包覆ZnO薄膜的微纳光纤耦合器(2)两端分别与宽带光源(1)、光谱仪(3)连接，并作为紫外传感单元，完成对紫外光的传感。
所述宽带光源(1)为C波段宽带光纤光源，用于产生光信号。
所述基于ZnO薄膜的光纤紫外传感器在外界紫外光强度发生变化时，ZnO 涂覆层(2-3)折射率随外界紫外光的变化而变化，基于倏逝场原理改变包覆ZnO 薄膜的微纳光纤耦合器(2)输出光信号的干涉光谱。
所述的包覆ZnO薄膜的微纳光纤耦合器(2)的P1端和P3端分光比为1:9。
本实用新型提供了一种基于ZnO薄膜的光纤紫外传感器，改善了目前市面上紫外传感器使用时易受外界干扰、灵敏度低、成本过高、精确度不足、体积较大等问题
本实用新型的有益效果是：本实用新型针对目前市面上紫外传感器使用时易受外界干扰、灵敏度低、成本过高、精确度不足、体积较大等问题提出了改进的方案。通过对光纤熔融拉锥制成光纤耦合器来减小紫外传感器的体积并增强抗干扰能力，拥有重量轻和多阵列功能等优势。由于ZnO材料具有很好的化学稳定性、低毒性、压电性和光致发光特性，因此在微纳部分使用ZnO进行包覆制成基于 ZnO薄膜的光纤紫外传感器。制成的基于ZnO薄膜的光纤紫外传感器对光谱的选择性明显增强，实现了灵敏度的提升和精确度的提高，同时拥有着体积小、抗腐蚀、高信噪比、重量轻、抗电磁干扰等诸多优势，并大大降低了紫外传感器的制作成本，缩减了制作难度。
附图说明
图1为本实用新型提出的基于ZnO薄膜的光纤紫外传感器的系统结构；
图2为本实用新型提出的基于ZnO薄膜的光纤紫外传感器的微纳光纤耦合器的放大图。
具体实施方式
下面结合说明书附图进一步说明本实用新型的具体实施方式。
如图1，本实施方式所述的基于ZnO薄膜的光纤紫外传感器，包括包括宽带光源(1)、包覆ZnO薄膜的微纳光纤耦合器(2)、光谱仪(3)；
所述包覆氧化ZnO薄膜的微纳光纤耦合器(2)内包含P1、P2、P3三个端口；
所述包覆氧化ZnO薄膜的微纳光纤耦合器(2)中包含一号单模光纤(2-1)、二号单模光纤(2-2)、ZnO涂覆层(2-3)、锥形微纳耦合光纤(2-4)，包覆ZnO 薄膜的微纳光纤耦合器(2)的P1端和P3端与宽带光源(1)的输出端相连接，包覆ZnO薄膜的微纳光纤耦合器(2)的P2端与光谱仪(3)相连接；
所述光谱仪(3)对包覆ZnO薄膜的微纳光纤耦合器(2)所输出的光信号进行光谱检测，并根据检测结构相应的获得传感数据。
所述的ZnO涂覆层(2-3)采用对紫外光敏感的氧化锌纳米花结构。
所述的包覆ZnO薄膜的微纳光纤耦合器(2)由两根G657A2单模光纤通过熔融拉锥制成。
所述的锥形微纳耦合光纤(2-4)的锥腰直径为6.7μm。
所述的包覆ZnO薄膜的微纳光纤耦合器(2)两端分别与宽带光源(1)、光谱仪(3)连接，并作为紫外传感单元，完成对紫外光的传感。
所述宽带光源(1)为C波段宽带光纤光源，用于产生光信号。
所述基于ZnO薄膜的光纤紫外传感器在外界紫外光强度发生变化时，ZnO 涂覆层(2-3)折射率随外界紫外光的变化而变化，基于倏逝场原理改变包覆ZnO 薄膜的微纳光纤耦合器(2)输出光信号的干涉光谱。
所述的包覆ZnO薄膜的微纳光纤耦合器(2)的P1端和P3端分光比为1:9。
工作原理：使用时，将光路按照说明书进行搭建，搭建完成后将包覆ZnO 薄膜的微纳光纤耦合器(2)置于环境中，打开宽带光源待输出光源信号稳定，输出光源经连接部分进入光纤耦合器进行9:1分光，光信号通过拉锥区域传播时会产生倏逝波，包覆ZnO材料的部分置于紫外环境中时，有效折射率将会随外界紫外光的变化而发生变化，改变了光纤波导中传播的模式。最后经过光谱仪分析光信号发生的位移，进而实现对紫外光的传感。
Claims (8)
1.一种基于ZnO薄膜的光纤紫外传感器，其特征在于：包括宽带光源(1)、包覆ZnO薄膜的微纳光纤耦合器(2)、光谱仪(3)，其中：
所述包覆氧化ZnO薄膜的微纳光纤耦合器(2)内包含P1、P2、P3三个端口；
所述包覆氧化ZnO薄膜的微纳光纤耦合器(2)中包含一号单模光纤(2-1)、二号单模光纤(2-2)、ZnO涂覆层(2-3)、锥形微纳耦合光纤(2-4)，包覆ZnO薄膜的微纳光纤耦合器(2)的P1端和P3端与宽带光源(1)的输出端相连接，包覆ZnO薄膜的微纳光纤耦合器(2)的P2端与光谱仪(3)相连接；
所述光谱仪(3)对包覆ZnO薄膜的微纳光纤耦合器(2)所输出的光信号进行光谱检测，并根据检测结构相应的获得传感数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于ZnO薄膜的光纤紫外传感器，其特征在于：所述的ZnO涂覆层(2-3)采用对紫外光敏感的氧化锌纳米花结构。
3.根据权利要求1所述的一种基于ZnO薄膜的光纤紫外传感器，其特征在于：所述的包覆ZnO薄膜的微纳光纤耦合器(2)由两根G657A2单模光纤通过熔融拉锥制成。
4.根据权利要求1所述的一种基于ZnO薄膜的光纤紫外传感器，其特征在于：所述的锥形微纳耦合光纤(2-4)的锥腰直径为6.7μm。
5.根据权利要求1所述的一种基于ZnO薄膜的光纤紫外传感器，其特征在于：所述的包覆ZnO薄膜的微纳光纤耦合器(2)两端分别与宽带光源(1)、光谱仪(3)连接，并作为紫外传感单元，完成对紫外光的传感。
6.根据权利要求1所述的一种基于ZnO薄膜的光纤紫外传感器，其特征在于：所述宽带光源(1)为C波段宽带光纤光源，用于产生光信号。
7.根据权利要求1所述的一种基于ZnO薄膜的光纤紫外传感器，其特征在于：所述基于ZnO薄膜的光纤紫外传感器在外界紫外光强度发生变化时，ZnO涂覆层(2-3)折射率随外界紫外光的变化而变化，基于倏逝场原理改变包覆ZnO薄膜的微纳光纤耦合器(2)输出光信号的干涉光谱。
8.根据权利要求1所述的一种基于ZnO薄膜的光纤紫外传感器，其特征在于：所述的包覆ZnO薄膜的微纳光纤耦合器(2)的P1端和P3端分光比为1:9。
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2020
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