一种用于甲烷传感的表面等离子体共振空芯反谐振光纤制造技术

本发明专利技术属于光纤应用技术领域，公开了一种用于甲烷传感的表面等离子体共振空芯反谐振光纤，包括纤芯区域和包层区域，包层区域包覆纤芯区域，纤芯区域内设置有多个反谐振管，多个反谐振管中的至少部分反谐振管中填充有传感组件，传感组件包括涂覆在反谐振管内表面的金属涂层以及涂覆在金属涂层表面的甲烷敏感膜。本发明专利技术提供的甲烷传感装置结构简单、具有较高的灵敏度，具有很高的应用价值。具有很高的应用价值。具有很高的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种用于甲烷传感的表面等离子体共振空芯反谐振光纤


[0001]本专利技术属于光纤应用
，更具体地，涉及一种用于甲烷传感的表面等离子体共振空芯反谐振光纤。

技术介绍

[0002]表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)光纤传感器通常是在传感元件上镀金属层，利用光纤倏逝波与金属表面等离子体波之间的相互作用激发产生SPR效应。当入射光满足相位匹配条件时，一部分入射光被表面等离子体波吸收，从而产生明显的损耗峰。SPR的相位匹配条件强烈依赖于金属周围的介质折射率，当介质折射率发生变化时，损耗峰的位置会发生移动。利用SPR检测气体浓度，需要在金属表面涂覆特定的气体敏感材料。当周围空间存在待检测气体时，特定气体敏感材料的折射率发生变化，进而引起SPR损耗峰的移动。因此可以达到利用损耗峰的移动量实现气体浓度检测的目的。空芯反谐振光纤因具有低损耗，大纤芯直径，易通入气体的特点而被广泛研究，适合于做气体检测的传感元件。
[0003]目前许多研究者都将光子晶体光纤(PCF)和SPR相结合来设计PCF
‑
SPR气体传感器。然而，现有的甲烷传感装置结构较复杂、灵敏度不高，因此如何提供一种结构相对简单、灵敏度相对较高的甲烷传感装置是本领域需要解决的一个技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术通过提供一种用于甲烷传感的表面等离子体共振空芯反谐振光纤，解决现有技术中甲烷传感装置结构较复杂、灵敏度较低的问题。
[0005]本专利技术提供一种用于甲烷传感的表面等离子体共振空芯反谐振光纤，所述空芯反谐振光纤包括纤芯区域和包层区域，所述包层区域包覆所述纤芯区域，所述纤芯区域内设置有多个反谐振管，多个反谐振管中的至少部分反谐振管中填充有传感组件，所述传感组件包括涂覆在所述反谐振管内表面的金属涂层以及涂覆在所述金属涂层表面的甲烷敏感膜。
[0006]优选的，所述纤芯区域内设置有六个按等间距六角对称排布的反谐振管，每个所述反谐振管内均填充有所述传感组件。
[0007]优选的，所述金属涂层采用金膜。
[0008]优选的，所述甲烷敏感膜采用紫外线固化含笼形分子A的氟硅氧烷纳米膜。
[0009]优选的，所述金属涂层的厚度为40
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50nm，所述甲烷敏感膜的厚度为2.95
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3.05μm，所述空芯反谐振光纤的纤芯的直径为46
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48μm，所述反谐振管的直径为33.6
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43.2μm。
[0010]优选的，所述金属涂层的厚度为50nm，所述甲烷敏感膜的厚度为3μm，所述空芯反谐振光纤的纤芯的直径为48μm，所述反谐振管的直径为38.4μm。
[0011]优选的，所述空芯反谐振光纤的材料为石英，所述空芯反谐振光纤的直径为162.8
‑
164.8μm。
[0012]优选的，所述空芯反谐振光纤的传感灵敏度表示为：
[0013][0014]式中，S(λ)代表传感灵敏度，Δλ
peak
代表共振波长差，ΔC代表甲烷浓度差。
[0015]优选的，所述空芯反谐振光纤的工作波长为近红外区域，传感检测的甲烷气体的浓度范围为0
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3.5％。
[0016]优选的，所述空芯反谐振光纤的甲烷传感最大灵敏度为5.54nm/％。
[0017]本专利技术中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0018]本专利技术提供的一种用于甲烷传感的表面等离子体共振空芯反谐振光纤包括纤芯区域和包层区域，包层区域包覆纤芯区域，纤芯区域内设置有多个反谐振管，多个反谐振管中的至少部分反谐振管中填充有传感组件，传感组件包括涂覆在反谐振管内表面的金属涂层以及涂覆在金属涂层表面的甲烷敏感膜。本专利技术通过上述结构设计可以很好地激发表面等离子体共振，对不同浓度下输出的损耗谱进行记录和分析可以实现对甲烷的传感。即本专利技术将反谐振光纤(多孔结构、光波导)、金属涂层(SPR效应)、甲烷敏感膜(甲烷吸收效应)三者有机结合，以实现对甲烷的高灵敏传感。本专利技术提供的基于表面等离子体共振效应的空心反谐振光纤甲烷传感装置结构简单，此外，空芯反谐振光纤的大纤芯直径能够降低在传感元件中通入甲烷气体的难度。综上，本专利技术提供了一种结构相对简单、灵敏度相对较高的甲烷传感装置，具有很高的应用价值。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例提供的一种用于甲烷传感的表面等离子体共振空芯反谐振光纤的横截面示意图；
[0020]图2为本专利技术实施例提供的一种用于甲烷传感的表面等离子体共振空芯反谐振光纤在甲烷浓度为3％时，X偏振方向的限制损耗谱与有效折射率谱；
[0021]图3为本专利技术实施例提供的一种用于甲烷传感的表面等离子体共振空芯反谐振光纤在甲烷浓度为3％时，Y偏振方向的限制损耗谱与有效折射率谱；
[0022]图4为本专利技术实施例提供的一种用于甲烷传感的表面等离子体共振空芯反谐振光纤在不同甲烷浓度时的基模传输损耗谱；
[0023]图5为本专利技术实施例提供的一种用于甲烷传感的表面等离子体共振空芯反谐振光纤的共振波长与甲烷浓度之间的关系图；
[0024]图6为本专利技术实施例提供的一种用于甲烷传感的表面等离子体共振空芯反谐振光纤具有不同纤芯直径时的共振波长图；
[0025]图7为本专利技术实施例提供的一种用于甲烷传感的表面等离子体共振空芯反谐振光纤具有不同反谐振管直径时的共振波长图；
[0026]图8为本专利技术实施例提供的一种用于甲烷传感的表面等离子体共振空芯反谐振光纤具有不同金膜厚度时的共振波长图；
[0027]图9为本专利技术实施例提供的一种用于甲烷传感的表面等离子体共振空芯反谐振光纤具有不同甲烷敏感膜厚度时的共振波长图；
[0028]图10为在X方向上部分填充2个反谐振管得到的用于甲烷传感的表面等离子体共
振空芯反谐振光纤在不同甲烷浓度时的基模传输损耗谱；
[0029]图11为在X方向上部分填充2个反谐振管得到的用于甲烷传感的表面等离子体共振空芯反谐振光纤对应的不同甲烷浓度与共振波长位移的关系图。
具体实施方式
[0030]本专利技术提供一种用于甲烷传感的表面等离子体共振空芯反谐振光纤，包括纤芯区域和包层区域，所述包层区域包覆所述纤芯区域，所述纤芯区域内设置有多个反谐振管，多个反谐振管中的至少部分反谐振管中填充有传感组件，所述传感组件包括涂覆在所述反谐振管内表面的金属涂层以及涂覆在所述金属涂层表面的甲烷敏感膜。
[0031]为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
[0032]首先，以所述纤芯区域内设置有六个按等间距六角对称排布的反谐振管，每个所述反谐振管内均填充有所述传感组件为例，对本专利技术进行说明。
[0033]以设置六个所述反谐振管为例进行说明是基于下述考虑：所述反谐振管的数量小于6时，模式耦合相对较强且间隙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于甲烷传感的表面等离子体共振空芯反谐振光纤，其特征在于，所述空芯反谐振光纤包括纤芯区域和包层区域，所述包层区域包覆所述纤芯区域，所述纤芯区域内设置有多个反谐振管，多个反谐振管中的至少部分反谐振管中填充有传感组件，所述传感组件包括涂覆在所述反谐振管内表面的金属涂层以及涂覆在所述金属涂层表面的甲烷敏感膜。2.根据权利要求1所述的用于甲烷传感的表面等离子体共振空芯反谐振光纤，其特征在于，所述纤芯区域内设置有六个按等间距六角对称排布的反谐振管，每个所述反谐振管内均填充有所述传感组件。3.根据权利要求1所述的用于甲烷传感的表面等离子体共振空芯反谐振光纤，其特征在于，所述金属涂层采用金膜。4.根据权利要求1所述的用于甲烷传感的表面等离子体共振空芯反谐振光纤，其特征在于，所述甲烷敏感膜采用紫外线固化含笼形分子A的氟硅氧烷纳米膜。5.根据权利要求1所述的用于甲烷传感的表面等离子体共振空芯反谐振光纤，其特征在于，所述金属涂层的厚度为40
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50nm，所述甲烷敏感膜的厚度为2.95
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3.05μm，所述空芯反谐振光纤的纤芯的直径为46
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48μm，所述反谐振管的直...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海良，李宇昕，陈强，张磊，李鹏，
申请(专利权)人：长飞光纤光缆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：