一種級聯雙錐光纖傳感器的製作方法

2023-11-30 18:22:51 2

本實用新型涉及光纖傳感領域，尤其涉及一種基於標準單模光纖的高靈敏度級聯雙錐光纖傳感器。

背景技術：

光纖傳感器是一種具有體積小、重量輕、外形可變、對被測介質影響小、響應速度快、測量幅度寬、防火、抗腐蝕、抗電磁幹擾等優點的新型傳感器，可以滿足各種惡劣條件下的測量。

折射率和應力在工業測量中非常重要，液體濃度的改變引起折射率的變化，進而引起高階包層模有效折射率的變化，而環境折射率的改變不會影響纖芯模的有效折射率，纖芯模式和高階包層模式的傳輸速率不同，導致輸出光產生相位差，從而形成幹涉譜，通過測量幹涉譜的移動量就能夠實現對液體濃度變化的檢測。應力的改變也會引起纖芯模和包層模有效折射率的改變，從而引起光譜的移動，通過測量光譜的變化也可以檢測應力的改變。

技術實現要素：

本實用新型實施例所要解決的技術問題在於，提供一種級聯雙錐光纖傳感器。可提高光纖傳感器的靈敏度。

為了解決上述技術問題，本實用新型實施例提供了一種級聯雙錐光纖傳感器，依次包括輸入端單模光纖、第一錐區、中間粗錐、第二錐區以及輸出端單模光纖，所述第一錐區、第二錐區對稱，所述第一錐區為高階模激發區。

其中，所述級聯雙錐光纖傳感器長度為7-11mm。

其中，所述中間粗錐長度為3-5 mm。

其中，所述中間粗錐直徑為40-70μm。

其中，所述第一錐區、第二錐區直徑為15-35μm。

實施本實用新型實施例，具有如下有益效果：本實用新型級聯雙錐光纖傳感器能夠實現很高的折射率和應力靈敏度。本實用新型光纖傳感器採用低成本的標準單模光纖，製備簡單而且能夠得到很高的折射率靈敏度和應變靈敏度，可以廣泛應用於國防、工業生產等民用領域和生物化學等傳感領域。

附圖說明

圖1是本實用新型的整體結構示意圖；

圖2是本實用新型的應用結構示意圖。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型作進一步地詳細描述。

參照圖1所示的本實用新型的整體結構示意圖。

本實用新型實施例的一種級聯雙錐光纖傳感器，依次包括輸入端單模光纖1、第一錐區2、中間粗錐3、第二錐區4以及輸出端單模光纖5，在測試過程中，輸入端單模光纖1與寬帶光源相連，輸出端單模光纖5與光譜儀相連，如圖2所示。

第一錐區2為高階模激發區，在標準單模光纖中傳輸的基模在此部分激發為高階包層模，另一部分仍是纖芯基模，高階包層模與纖芯基模通過中間粗錐3，由於具有不同的有效折射率，產生不同的相位延遲，到第二錐區4時高階包層模會耦合回纖芯中與纖芯基模發生幹涉，在透射光譜中出現波谷，整個級聯雙錐結構都是傳感區域。

級聯雙錐長度過長和過短時，產生的幹涉效果都不明顯，在整個級聯雙錐的長度為7-11mm時效果較好，其中，中間粗錐長度為3-5mm，第一錐區2和第二錐區4的直徑在15μm到35μm之間，中間粗錐3的直徑在40-70μm之間，中間粗錐直徑過大或過細時靈敏度會降低。

優選為第一錐區2和第二錐區4的錐腰直徑為21μm，中間粗錐直徑61μm，粗錐長度3mm，整個傳感區域長度為7mm，其折射率靈敏度達到1100nm/RIU。

本實施例對摺射率和應變進行傳感時的光路傳輸為，從寬帶光源輸出的光通過輸入端1進入第一錐區2，纖芯的部分能量被耦合進包層，在包層中的光以更高階的模式傳輸，當光傳輸到第二錐區4時，包層中部分能量又被耦合進纖芯中，包層中剩餘的能量在傳輸一小段距離後透射到塗敷層中並最終散射掉。由於光在纖芯和包層中傳輸的有效折射率不同，所以當光在纖芯和包層中傳輸相同長度之後，會產生一個光程差。

本實用新型提出的雙錐級聯光纖傳感器，其優點在於：

（1）本實用新型採用標準單模光纖為傳感區域，整個光路中沒有其他種類光纖，不會產生因為熔接時模場失配引起的幹擾；

（2）本實用新型對摺射率的靈敏度很高，其折射率靈敏度達到1100nm/RIU；

（3）本實用新型對應變敏感，應力靈敏度達到-25pm/με，其測量範圍可以超過3000με；

（4）本實用新型體積小，結構簡單，在製作的時候非常容易，可以通過掃描拉錐一次成型。

當然上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人能夠了解本實用新型的內容並據以實施，並不能以此限制本實用新型的保護範圍。凡根據本實用新型主要技術方案的精神實質所做的修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。