一种光子晶体光纤的高灵敏度折射率传感器及制作方法技术

本发明专利技术涉及一种光子晶体光纤的高灵敏度折射率传感器及制作方法，属于光纤传感器技术领域。所述传感器由光纤接入段、折射率传感器段和光纤输出段组成；制作方法：用光纤切割刀切割好第一实芯单模光纤和实芯光子晶体光纤的端面；用光纤熔接机在第一实芯单模光纤和实芯光子晶体光纤的接触面处放电熔接形成微孔和塌陷区；用光纤切割刀切割设定长度的光子晶体光纤；用光纤熔接机在第二实芯单模光纤和实芯光子晶体光纤切好的另一端的接触面处放电熔接形成微孔和塌陷区，构成光子晶体光纤微纳折射率传感器。对比已有技术，本发明专利技术具有结构尺寸紧凑、耐高温、制作简便、折射率灵敏度高的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微纳传感器，特别涉及一种光子晶体光纤的高灵敏度折射率传感器及制作方法，属于光纤传感器

技术介绍
近年来随着科学技术迅速发展，对传感器的要求越来越高，光纤微纳传感器以其自身的优点在科学研究和工程应用中有着重要的地位。光子晶体光纤，又称多孔光纤或微结构光纤，以其独特的光学特性和灵活的设计成为近年来的热门研究课题。这类光纤是由在纤芯周围沿着轴向规则排列微小空气孔构成，通过这些微小空气孔对光的约束，实现光的传导。光子晶体光纤传感器不仅与传统光纤传感器一样，具有精度高、传感范围大和抗外界干扰等优点，还具有对环境温度的不敏感性，独特的波导结构，灵活的制作方法，使得PCF与常规光纤相比具有许多奇异的特性，有效地扩展和增加了光纤的应用领域。2009年，加拿大的P.Lu等学者在单模光纤上采用电弧放电制作了一种双花生锥MZI全光纤传感器，用于折射率和温度两个感应参数的同时测量，获得的灵敏度分别为-23.188nm/RIU和0.071nm/℃，虽然其制作简单，但其灵敏度非常低。2011年，北京理工大学L.Jiang课题组用飞秒激光在光纤上制作的U形槽MZI，其灵敏度和品质因数都很高，但其容易断裂损坏。2011年，北京理工大学的L.Jiang课题组采用飞秒激光在光纤端面烧蚀一个微小的孔，然后与另一根光纤焊接，通过将一对微孔结构串联构成MZI全光纤传感器，该方法需要用到飞秒激光，制作复杂、成本高。在综上所述的研究中，现有传感技术较少涉及对液体折射率的测量，有的传感器制作复杂，有的结构稳健性差，有的折射率灵敏度较低，有的有较大的交叉敏感问题，均限制了光纤传感器的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有光纤传感器制作复杂、结构稳健性差、折射率灵敏度低等问题，提供了一种光子晶体光纤的高灵敏度折射率传感器及制作方法。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。一种光子晶体光纤的高灵敏度折射率传感器，由光纤接入段、折射率传感器段和光纤输出段组成；光纤接入段用于将宽带光信号持续引入外界折射率环境中的传感器中，折射率传感器段用于在不同外界折射率作用下调制光信号，光纤输出段将调制后的光信号输出。所述光纤接入段为第一实芯单模光纤，所述光纤输出段为第二实芯单模光纤，所述折射率传感器段为一段实芯光子晶体光纤。一种光子晶体光纤的高灵敏度折射率传感器的制作方法为：用光纤切割刀切割好第一实芯单模光纤和实芯光子晶体光纤的端面；用光纤熔接机在第一实芯单模光纤和实芯光子晶体光纤的接触面处放电熔接形成微孔和塌陷区；用光纤切割刀切割设定长度的光子晶体光纤；用光纤熔接机在第二实芯单模光纤和实芯光子晶体光纤切好的另一端的接触面处放电熔接形成微孔和塌陷区，构成光子晶体光纤微纳折射率传感器。有益效果本专利技术设计了一种光子晶体光纤的高灵敏度折射率传感器及制作方法，利用传感精度高且对外界温度不敏感的光子晶体光纤折射率传感装置，使得本专利技术对不同折射率液体测量的灵敏度提高；相比于现有采用激光加工、化学试剂腐蚀等制作方法，本专利技术只采用光纤熔接技术制作，制作简单；相比于现有拉锥、加工深槽等方法破坏光波导来制作的光纤传感器，本专利技术采用熔接方法只在光纤内部较小区域形成孔形缺陷以及在径向方向大区域的塌陷，使得本专利技术的传感器的结构稳健性较好；采用可调谐激光器光谱分析系统显示、记录不同外界折射率作用下本传感器的传输光谱，通过分析干涉峰峰值的波长移动，获得本传感器的折射率灵敏度高达263.15nm/RIU；采用光谱分析仪检测峰值波长移动，使测量方法简单、方便、快捷，大大增强了传感器的实用性。附图说明图1为本专利技术中实芯光子晶体光纤结构示意图；图2为本专利技术一种光子晶体光纤的高灵敏度折射率传感器的结构示意图；图3为本专利技术实施例一种光子晶体光纤的高灵敏度折射率传感器在蒸馏水中的透射光谱图；图4为本专利技术实施例一种光子晶体光纤的高灵敏度折射率传感器的透射光谱的干涉峰峰值波长随折射率变化移动的线性拟合图；图中，1-实芯光子晶体光纤的纤芯、2-实芯光子晶体光纤的气孔、3-实芯光子晶体光纤的实体包层、4-第一实芯单模光纤、5-第一次熔接形成的塌陷区，6-实芯光子晶体光纤，7-第二次熔接形成的塌陷区，8-第二实芯单模光纤，9-第一次熔接形成的气孔，10-第二次熔接形成的气孔。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术加以详细说明。实施例一种光子晶体光纤的高灵敏度折射率传感器及制作方法，所述的光子晶体光纤的结构示意图如图1所示，由实芯光子晶体光纤的纤芯1、实芯光子晶体光纤的气孔2和实芯光子晶体光纤的实体包层3组成。光子晶体光纤微纳折射率传感器的结构示意图如图2所示，包括第一实芯单模光纤4、实芯光子晶体光纤6和第二实芯单模光纤8，依次熔接形成的模间干涉式光子晶体光纤微纳折射率传感器。第一实芯单模光纤4用于将宽带光信号持续引入外界折射率环境中的传感器，实芯光子晶体光纤6用于在不同外界折射率作用下调制光信号，第二实芯单模光纤8将调制后的信号输出。所述第一实芯单模光纤4和第二实芯单模光纤8的内径为8.2μm，外径为125μm，纤芯折射率为1.4712，包层折射率为1.4659；所述实芯光子晶体光纤6由纤芯、空气孔层和包层组成，纤芯直径为7μm，折射率为1.457，包层外径为125μm，包层材料为纯二氧化硅，包层中有5层空气孔层，每层空气孔层围绕纤芯中心分布，每层空气孔层均呈正六边形，空气孔的直径为3.3μm，相邻空气孔的孔间距为6.1μm，纤芯与最内层空气孔层中空气孔的中心距为5.65μm。具体实现步骤如下：步骤一：取第一实芯单模光纤4和实芯光子晶体光纤6分别去除一端的涂覆层，用光纤切割刀切割平整两光纤的端面；步骤二：将步骤一切割出的两个端面放置到光纤熔接机中，在手动模式下，使两端紧密接触，放电进行熔接，形成第一次熔接形成的塌陷区5和第一次熔接形成的气孔9；步骤三：用光纤切割刀切割熔接好的实芯光子晶体光纤6的一端，切割长度为15厘米；步骤四：取第二实芯单模光纤8去除一端的涂覆层，用光纤切割刀切割平整光纤的端面；步骤五：将切割好的实芯光子晶体光纤6的另一端和切割好的第二实芯单模光纤8放置到光纤熔接机中，在手动模式下，使两端紧密接触，放电进行熔接，形成第二次熔接形成的塌陷区7和第二次熔接形成的气孔10；通过步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光子晶体光纤的高灵敏度折射率传感器，其特征在于，由光纤接入段、折射率传感器段和光纤输出段组成；光纤接入段用于将宽带光信号持续引入外界折射率环境中的传感器中，折射率传感器段用于在不同外界折射率作用下调制光信号，光纤输出段将调制后的光信号输出。

【技术特征摘要】
1.一种光子晶体光纤的高灵敏度折射率传感器，其特征在于，由光纤接入
段、折射率传感器段和光纤输出段组成；光纤接入段用于将宽带光信号持续引
入外界折射率环境中的传感器中，折射率传感器段用于在不同外界折射率作用
下调制光信号，光纤输出段将调制后的光信号输出。
2.根据权利要求1所述的一种光子晶体光纤的高灵敏度折射率传感器，其
特征在于：所述光纤接入段为第一实芯单模光纤，所述光纤输出段为第二实芯
单模光纤，所述折射率传感器段为一段实芯光...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜澜，汪银风，王素梅，曹志涛，王鹏，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11