一种基于无芯光纤双锥结构的折射率光纤传感器制造技术

一种基于无芯光纤双锥结构的折射率光纤传感器，依次由入射端单模光纤、第一段无芯光纤、第一个锥形结构、第二段无芯光纤、第二个锥形结构、第三段无芯光纤和出射端单模光纤串联组成；两个锥形结构作为耦合器，无芯光纤作为传感区。本发明专利技术的优点是：该光纤传感器结构简单且容易制作，只需将不同光纤按照一定比例进行简单熔接即可；通过将锥形结构与无芯光纤级联，激发无芯光纤包层中的高阶模式，的多模干涉效应，可以得到不同种类的干涉谷，根据其对折射率和温度的不同敏感性进行测量。折射率和温度的不同敏感性进行测量。折射率和温度的不同敏感性进行测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无芯光纤双锥结构的折射率光纤传感器


[0001]本专利技术属于光纤传感领域，特别是一种基于无芯光纤双锥结构的折射率光纤传感器。

技术介绍

[0002]随着光纤器件的价格越来越低廉，种类越来越繁多，光纤通信技术也越来越成熟，其中一种不同于传统的全新传感器技术，即光纤传感技术，由于其具有重量轻、体积小、功耗低、隔离电磁干扰和遥控操作方便等优点，而被广泛应用于各种物理量的测量，如温度、应变、压力、位移、折射率等等。可以预见，光纤传感器能够成为电类传感器的可替代品，在许多领域应用前景十分广泛。
[0003]折射率存在于人类社会生活、自然界的许多地方，因此，检测和采样各种物质的折射率的任务，就落在折射率传感器身上。近几年来，随着工业、医疗、化学、生物等领域的快速发展，使得折射率传感器得到更多的发展和应用。光纤折射率传感器相对于传统的传感器具有灵敏度高，体积小，抗电磁干扰等优点。但现有的折射率光纤传感器依然存在生产成本较高，制作过程较复杂，结构不够稳定等缺点
[0004]无芯光纤是一种没有纤芯的特种光纤，在传感实验中以自身包层为纤芯，外界环境作为包层而进行传感过程以此来获得较高灵敏度。因此，可以根据具体的应用需求设计出不同的光纤器件。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是设计一种成本较低，制作简单，结构稳定，但同时又具有较高灵敏度的基于无芯光纤双锥结构的折射率光纤传感器，该光纤传感器基于锥形结构和无芯光纤，根据干涉谷对折射率和温度的敏感性，分别对折射率和温度测量；该传感器结构简单且容易制作、成本低、有利于推广应用。
[0006]本专利技术的技术方案：
[0007]一种基于无芯光纤双锥结构的折射率光纤传感器，依次由入射端单模光纤、第一段无芯光纤、第一个锥形结构、第二段无芯光纤、第二个锥形结构、第三段无芯光纤和出射端单模光纤串联组成；两个锥形结构作为耦合器，无芯光纤作为传感区。两个锥形结构的长度均为500μm(
±
80μm)，锥腰直径为40μm(
±
10μm)；无芯光纤与锥形结构的总长为3.1cm(
±
200μm)，无芯光纤直径为125μm；所用单模光纤均为标准单模光纤，纤芯直径为8.2μm，包层直径为125μm。
[0008]一种所述基于无芯光纤双锥结构的折射率光纤传感器制作方法，步骤如下：
[0009]1)将一段无芯光纤放到光纤切割刀中，裁切出3cm(
±
40μm)无芯光纤，用切割刀将端面切割整齐。
[0010]2)将该无芯光纤放到型号为Fitel S178C的光纤熔接机中，使用手动操作方式，首次放电开始强度150bit，首次放电结束强度150bit，放电时间为1500ms，推进形式为双侧马
达移动，退回距离32767um，放电后制得锥形结构；分别在无芯光纤1cm和2cm处制作出两个锥结构，无芯光纤与锥形结构的总长度为3.1cm(
±
200μm)。
[0011]3)将上述无芯光纤的两端分别与两段段单模光纤熔接，熔接程序为CC
‑
CC，使用自动熔接，放电强度为100bit，时间为3000ms，放电后无芯光纤与单模光纤完成连接，制得基于无芯光纤双锥结构的折射率光纤传感器。
[0012]本专利技术的工作机理：
[0013]光从入射端单模光纤进入到单模光纤与无芯光纤熔接处，由于光纤的芯径不匹配，单模光纤纤芯中的纤芯模式被激发至无芯光纤的包层中；当光能量传输至第一个锥形结构处，一部分高阶模式被耦合出无芯光纤的包层，另一部分高阶模式在无芯光纤包层中激发多模干涉效应；当光能量传输至第二个锥形结构处，包层中高阶模式的多模干涉被更加充分激发。在无芯光纤与出射单模光纤熔接处，无芯光纤中的大部分高阶模式被耦合回单模光纤的纤芯中，另一部分在单模光纤的包层中继续传输。
[0014]本专利技术的优点和有益效果是：
[0015]该光纤传感器结构简单且容易制作，只需要对不同芯径的光纤按照一定比例进行简单熔接即可，通过将锥形结构与无芯光纤级联，激发无芯光纤包层的高阶模式的耦合，可以得到干涉谷，根据其对折射率敏感性，可用其实现对外界折射率参量的测量；该传感器结构紧凑、易于制作、成本较低，因而更适合实际的应用。
附图说明
[0016]图1为该光纤传感器结构示意图。
[0017]图2为该光纤传感器检测方法示意图。
[0018]图3为该光纤传感器在常温下的透射谱图。
[0019]图4为光纤传感器样品的折射率灵敏度拟合图。
[0020]图5为光纤传感器样品的温度灵敏度拟合图。
[0021]图中：1.入射端单模光纤、2.第一段无芯光纤、3.第一个锥形结构、4.第二段无芯光纤、5.第二个锥形结构、6.第三段无芯光纤、7.出射端单模光纤、8.宽带光源、9.光谱分析仪。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0023]实施例：
[0024]一种基于无芯光纤双锥结构的折射率光纤传感器，如图1所示，依次由入射端单模光纤1、第一段无芯光纤2、第一个锥形结构3、第二段无芯光纤4、第二个锥形结构5、第三段无芯光纤6和出射端单模光纤7串联组成；两个锥形结构作为耦合器，无芯光纤作为传感区。当光能量传输到入射端单模光纤和第一段无芯光纤之间的第一个熔接点时，单模光纤芯中的核心模式被耦合到无芯光纤的包层高阶模式中。当光通过锥形结构时，无芯光纤包层中高阶模式发生多模干涉，大量的高阶模式被耦合出无芯光纤的包层，而其余的高阶模式能量继续在无芯光纤中传播。当光到达第三段无芯光纤和出射端单模光纤之间的第二个熔接点时，无芯光纤中的高阶能量被重新耦合回单模光纤的纤芯；所述两个锥形结构作为耦合
器，两个锥形结构的长度均为500μm(
±
80μm)，锥腰直径为40μm(
±
10μm)；无芯光纤与锥形结构的总长为3.1cm(
±
200μm)，无芯光纤直径为125μm；所用单模光纤均为标准单模光纤，纤芯直径为8.2μm，包层直径为125μm。
[0025]光从入射端单模光纤进入到单模光纤与第一无芯光纤熔接处，由于光纤的芯径不匹配，单模光纤纤芯中的纤芯模式被激发至无芯光纤的包层中；当光能量传输至第一个锥形结构处，一部分高阶模式被耦合出无芯光纤的包层，另一部分高阶模式在无芯光纤包层中激发多模干涉效应；当光能量传输至第一个锥形结构处，包层中高阶模式的多模干涉被更加充分激发。在第三无芯光纤与出射单模光纤熔接处，无芯光纤中的大部分高阶模式被耦合回单模光纤的纤芯中，另一部分在单模光纤的包层中继续传输。
[0026]一种所述基于无芯光纤双锥结构的折射率光纤传感器制作，步骤如下：
[0027]1)将一段无芯光纤放到光纤切割刀中，裁切出3cm(
±
40μm)无芯光纤，用切割刀将端面切割整齐。
[0028]2)将该无芯光纤放到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无芯光纤双锥结构的折射率光纤传感器，其特征在于：依次由入射端单模光纤、第一段无芯光纤、第一个锥形结构、第二段无芯光纤、第二个锥形结构、第三段无芯光纤和出射端单模光纤串联组成；两个锥形结构作为耦合器，无芯光纤作为传感区；当光能量传输到入射端单模光纤和第一段无芯光纤之间的第一个熔接点时，单模光纤芯中的核心模式被耦合到无芯光纤的包层高阶模式中；当光通过锥形结构时，无芯光纤包层中高阶模式发生多模干涉，大量的高阶模式被耦合出无芯光纤的包层，而其余的高阶模式能量继续在无芯光纤中传播；当光到达第三段无芯光纤和出射端单模光纤之间的第二个熔接点时，无芯光纤中的高阶能量被重新耦合回单模光纤的纤芯。2.根据权利要求1所述的基于无芯光纤双锥结构的折射率光纤传感器，其特征在于：所述两个锥形结构作为耦合器，两个锥形结构的长度均为500μm
±
80μm，锥腰直径为40μm
±
10μm；无芯光纤作为传感区，无芯光纤与锥形结构的总长为3.1cm
±
200μm，无芯光纤直径为125μm。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：童峥嵘，赵晔明，张卫华，张洁铜，王雪，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：