一種基於雙光子晶體光纖的溫度不敏感液體折射率計的製作方法
2023-06-13 00:13:31 4
專利名稱：一種基於雙光子晶體光纖的溫度不敏感液體折射率計的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於光纖傳感技術領域，涉及一種基於雙光子晶體光纖的溫度不敏感液體折射率計。
技術背景基於結構簡單、抗電磁幹擾、適用於遠距離及分布式傳感等諸多優點，光纖傳感器在實際工程中取得了廣泛的應用。對於液體折射率測量，傳統做法是將光纖石英包層腐蝕，換以折射率敏感材料替代包層，製作光纖傳感頭，其缺點是腐蝕工藝複雜，難以控制。或者將兩根光纖熔在一起作為光纖傳感頭，這樣也要對光纖進行破壞，傳感效果差，傳感精度差；而採用光子晶體光纖作為液體折射率傳感頭，具有不改變光纖結構和靈敏度高等特點。
發明內容本實用新型的目的在於提供一種基於雙光子晶體光纖的溫度不敏感液體折射率計。本實用新型通過以下技術方案實現一種基於雙光子晶體光纖的溫度不敏感液體折射率計由光源、單模光纖、第一光子晶體光纖、第二光子晶體光纖和光譜分析儀組成；光源經過單模光纖與第一光子晶體光纖相連，第二光子晶體光纖經過單模光纖與光譜分析儀相連，第一光子晶體光纖與第二光子晶體光纖之間通過單模光纖相連；第一光子晶體光纖作為液體折射率傳感頭浸入液體池中。所述光源的中心波長為1550nm、帶寬為100 150nm。所述第一光子晶體光纖的纖芯直徑範圍為80 100 μ m,包層直徑為128 150 μ m，空氣孔包層為單圈孔結構，空氣孔的直徑範圍為I 2μπι，空氣孔之間的間隔尺寸範圍為I 2 μ m,空氣孔中心離光纖邊緣距離為2 5 μ m。所述第二光子晶體光纖的纖芯直徑範圍為130 200 μ m,包層直徑範圍為200 300 μ m，空氣孔包層為雙圈孔結構，空氣孔的直徑範圍為I 2μπι，空氣孔之間的間隔尺寸範圍為I 2 μ m,空氣孔中心離光纖邊緣距離為2 5 μ m。所述第一光子晶體光纖的長度範圍為3 5cm,第二光子晶體光纖的長度範圍為
3 5cm。所述第一光子晶體光纖和第二光子晶體光纖之間的單模光纖的長度範圍為2 4m ο本實用新型的原理是系統中包含兩根大芯徑光子晶體光纖，分別為第一光子晶體光纖和第二光子晶體光纖，第一光子晶體光纖作為傳感頭浸入液體池中用於液體折射率的測量，第二光子晶體光纖用於溫度補償，實現該折射率計的溫度不敏感。寬帶光源所發出的光經單模光纖進入第一光子晶體光纖，產生多種高階模，再由單模光纖進入第二光子晶體光纖，多種高階模耦合進第二光子晶體光纖後面的單模光纖形成多模幹涉，通過光譜分析儀進行監測。當第一光子晶體光纖外界的液體折射率發生改變時，多模幹涉的共振峰發生漂移，通過測量該漂移量可以獲得第一光子晶體光纖外界液體的折射率。當溫度發生變化時，由於第二光子晶體光纖的多模幹涉共振峰的等量漂移，所以該液體折射率計對溫度不敏感，即保證了在不同環境溫度下的液體折射率測量結果的一致性。本實用新型的有益效果該裝置能夠將待測液體的折射率變化轉化為光子晶體光纖中的多模幹涉共振峰的漂移，並且由於兩根光子晶體光纖同時作用，通過測量兩個具有相似的溫度響應特性的共振峰的漂移量可獲得溫度不敏感的高靈敏度的液體折射率測量；同時該折射率計具有結構簡單、易於操作等特點。
圖I是本實用新型結構示意圖；圖2是第一光子晶體光纖的端面示意圖；圖3是第二光子晶體光纖的端面示意圖；圖4是兩光子晶體光纖的光譜共振峰譜線曲線圖；圖5是光譜共振峰隨液體折射率變化的漂移量的測量數據和擬合曲線圖。
具體實施方式
以下結合附圖及實施實例對本實用新型作進一步描述參見附圖1，一種基於雙光子晶體光纖的溫度不敏感液體折射率計由光源I、單模光纖2、第一光子晶體光纖3、第二光子晶體光纖4和光譜分析儀5組成。第一光子晶體光纖3和第二光子晶體光纖4分別與單模光纖2相連，與第一光子晶體光纖3相連的單模光纖2與光源I相連，與第二光子晶體光纖4相連的單模光纖2與光譜分析儀5相連，第一光子晶體光纖3作為液體折射率傳感頭浸入液體池6中。本實例中選用的光源I為中心波長為1550nm、帶寬為IOOnm的寬帶光源，第一光子晶體光纖3的纖芯直徑為80 μ m，包層直徑為128 μ m，空氣孔包層為單圈孔結構，空氣孔的直徑為2 μ m,空氣孔之間的間隔尺寸為2 μ m,空氣孔中心離光纖邊緣距離為3 μ m，其端面結構如圖2所不。第二光子晶體光纖4的纖芯直徑為130 μ m,包層直徑為200 μ m,空氣孔包層為雙圈孔結構，空氣孔的直徑為2 μ m，空氣孔之間的間隔尺寸為2 μ m，空氣孔中心離光纖邊緣距離為5μπι，其端面結構如圖3所示。第一光子晶體光纖3的長度為4cm，第二光子晶體光纖4的長度為4cm。第一光子晶體光纖3和第二光子晶體光纖4之間的單模光纖2的長度為2m。光在單模光纖3中傳輸經過第一光子晶體光纖3時，外界液體的折射率與其產生 的多種模式相聯繫，同時通過第二光子晶體光纖4的溫度補償，耦合進第二光子晶體光纖4後面的單模光纖2發生多模幹涉，可以獲得兩個共振峰，如圖4所示，X1對應的是第一光子晶體光纖3對應的共振峰，λ 2對應的是第二光子晶體光纖4對應的共振峰。如果環境溫度發生變化，共振峰入1和λ 2將同時發生漂移，因此溫度效應可以消除，實現溫度不敏感。圖5是光譜共振峰隨液體折射率變化的漂移量的測量數據和擬合曲線圖，可見當液體折射率變化時，通過共振峰λ i產生的波長漂移間隔可以計算出待測液體的折射率，本裝置獲得的折射率測量精度為3xlCr5 RIU0
權利要求1.一種基於雙光子晶體光纖的溫度不敏感液體折射率計，其特徵在於由光源、單模光纖、第一光子晶體光纖、第二光子晶體光纖和光譜分析儀組成；光源經過單模光纖與第一光子晶體光纖相連，第二光子晶體光纖經過單模光纖與光譜分析儀相連，第一光子晶體光纖與第二光子晶體光纖之間通過單模光纖相連；第一光子晶體光纖作為液體折射率傳感頭浸入液體池中。
2.根據權利要求I所述的一種基於雙光子晶體光纖的溫度不敏感液體折射率計，其特徵在於所述光源的中心波長為1550nm、帶寬為100 150nm。
3.根據權利要求I所述的一種基於雙光子晶體光纖的溫度不敏感液體折射率計，其特徵在於第一光子晶體光纖的纖芯直徑範圍為80 100 μ m,包層直徑為128 150 μ m,空氣孔包層為單圈孔結構，空氣孔的直徑範圍為I 2 μ m，空氣孔之間的間隔尺寸範圍為I 2μ m，空氣孔中心離光纖邊緣距離為2 5 μ m。
4.根據權利要求I所述的一種基於雙光子晶體光纖的溫度不敏感液體折射率計，其特徵在於第二光子晶體光纖的纖芯直徑範圍為130 200 μ m,包層直徑範圍為200 300 μ m，空氣孔包層為雙圈孔結構，空氣孔的直徑範圍為I 2μπι，空氣孔之間的間隔尺寸範圍為I 2 μ m,空氣孔中心離光纖邊緣距離為2 5 μ m。
5.根據權利要求I所述的一種基於雙光子晶體光纖的溫度不敏感液體折射率計，其特徵在於第一光子晶體光纖的長度範圍為3 5cm,第二光子晶體光纖的長度範圍為3 5cm。
6.根據權利要求I所述的一種基於雙光子晶體光纖的溫度不敏感液體折射率計，其特徵在於第一光子晶體光纖和第二光子晶體光纖之間的單模光纖的長度範圍為2 4m。
專利摘要本實用新型涉及一種基於雙光子晶體光纖的溫度不敏感液體折射率計。現有折射率計傳感效果差，傳感精度差。本實用新型由光源、單模光纖、第一光子晶體光纖、第二光子晶體光纖和光譜分析儀組成；光源經過單模光纖與第一光子晶體光纖相連，第二光子晶體光纖經過單模光纖與光譜分析儀相連，第一光子晶體光纖與第二光子晶體光纖之間通過單模光纖相連；第一光子晶體光纖作為液體折射率傳感頭浸入液體池中。本實用新型結構通過測量兩個具有相似的溫度響應特性的共振峰的漂移量可獲得溫度不敏感的高靈敏度的液體折射率測量。
文檔編號G01N21/45GK202362244SQ20112043007
公開日2012年8月1日 申請日期2011年11月3日 優先權日2011年11月3日
發明者呂心博, 張海峰 申請人:杭州電子科技大學