一種孔助雙芯光纖干涉型折射率傳感器制造技術

本發(fā)明專利技術屬于光纖傳感技術領域，特別涉及一種用于外界環(huán)境折射率、氣體濃度等傳感測量的孔助雙芯光纖干涉型折射率傳感器。一種孔助雙芯光纖干涉型折射率傳感器，傳感器是由光源、單模光纖、一段具有大直徑空氣孔的孔助雙芯光纖、單模光纖、探測器依次相連而成；孔助雙芯光纖包層一側有一個大尺寸空氣孔，光纖的一個纖芯位于包層的中心，另一纖芯位于空氣孔內壁且距離前一個纖芯最近的位置；雙芯光纖兩個纖芯間距離小于12微米或大于25微米。利用孔助雙芯光纖作為傳感探頭部分，由于孔助雙芯光纖具有大尺寸空氣孔，偏心纖芯易于裸露出來，加工成本低，制作工藝簡單，對裸露的偏心纖芯進行表面化學修飾和物理改變都非常方便。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術屬于光纖傳感
，特別涉及一種用于外界環(huán)境折射率、氣體濃度等傳感測量的孔助雙芯光纖干涉型折射率傳感器。
技術介紹
光纖傳感器結構簡單、重量輕、尺寸小、輕巧柔軟，用一根光纖可以測量結構上空間多點或者無限多自由度的參數(shù)，結合時分復用和波分復用技術，非常適于作為分布式傳感元件埋入材料和結構內部或貼裝在其表面實現(xiàn)多點監(jiān)測；光纖傳感器因其所具有的諸多優(yōu)點而成為結構監(jiān)測和光纖技術研究的熱點問題。隨著光纖技術的不斷發(fā)展，各種新型結構光纖也不斷涌現(xiàn)。為了解決降低光纖光纜的制造成本和開發(fā)高密集度大芯數(shù)光纜這兩大難題，S.Inao于1979年提出了多芯光纖的概念。多芯光纖傳感器由于體積小、結構緊湊，構成材料一致，熱膨脹系數(shù)相同，對溫度表現(xiàn)出來的響應是一樣的，因而可以避免溫度與其他物理量的交叉敏感問題，具有自溫度補償?shù)戎T多的優(yōu)點。所以利用多芯光纖作為傳感元件的研究引起了人們的廣泛關注。雙芯光纖是結構最簡單的多芯光纖。利用雙芯光纖可以實現(xiàn)定向耦合器、復用/解復用器、雙芯光纖分波/合波器、濾波器、傳感器等。普通意義的雙芯光纖是由兩個平行的纖芯和包圍這兩個纖芯的公共包層組成的無空氣孔輔助的實心光纖。利用雙芯光纖構成的干涉型光纖傳感器結構簡單、集成度高、制作方便。若想讓一個纖芯裸露出來，需要利用化學腐蝕或激光微加工技術。制作時需要精確控制腐蝕時間或激光能量，纖芯容易受到損壞。加工過的纖芯表面質量很難保證，插損較大，很難再進行表面2次處理。本專利技術是用一種孔助雙芯光纖基于馬赫-曾德(M-Z)干涉機理實現(xiàn)對物理量的測量。由于孔助雙芯光纖具有大尺寸空氣孔，偏心纖芯很容易裸露出來。因而且纖芯表面不受影響，器件插損小，對裸露的偏心纖芯進行表面化學修飾和物理改變都非常方便。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的在于提供一種孔助雙芯光纖干涉型折射率傳感器。本專利技術的目的是這樣實現(xiàn)的：一種孔助雙芯光纖干涉型折射率傳感器，傳感器是由光源、單模光纖、一段具有大直徑空氣孔的孔助雙芯光纖、單模光纖、探測器依次相連而成；孔助雙芯光纖包層一側有一個大尺寸空氣孔，光纖的一個纖芯位于包層的中心，另一纖芯位于空氣孔內壁且距離前一個纖芯最近的位置；雙芯光纖兩個纖芯間距離小于12微米或大于25微米。所述的孔助雙芯光纖空氣孔直徑20-50微米，兩個纖芯均為單模，并且兩個纖芯折射率
相同。所述的孔助雙芯光纖的兩個纖芯間距離小于12微米時，偏心纖芯的尺寸等于中心纖芯尺寸，孔助雙芯光纖與兩端單模光纖利用側向偏移技術直接進行焊接，使兩個纖芯獲得相同的能量。所述的孔助雙芯光纖兩個纖芯間距離大于25微米時，偏心纖芯直徑大于中心纖芯直徑，孔助雙芯光纖與兩端的單模光纖的連接，是單模光纖纖芯與雙芯光纖中心纖芯直接對準進行焊接，然后在焊點附近利用拉錐技術，將雙芯光纖進行拉錐實現(xiàn)兩個纖芯的分光。所述的孔助雙芯光纖的偏心纖芯利用化學腐蝕的方法將其裸露于外界。所述的孔助雙芯光纖的偏心纖芯利用激光微加工技術將其裸露于外界。所述的偏心纖芯進一步進行表面化學修飾。本專利技術的有益效果在于：1、利用孔助雙芯光纖作為傳感探頭部分，由于孔助雙芯光纖具有大尺寸空氣孔，偏心纖芯易于裸露出來，加工成本低，制作工藝簡單，對裸露的偏心纖芯進行表面化學修飾和物理改變都非常方便。2、孔助雙芯光纖空氣孔的隔離使裸露的纖芯表面不受破壞，表面光滑，器件插損小。3、該干涉型光纖傳感器易于與單模光纖互聯(lián)，靈敏度高，且器件集成度高，具有溫度補償能力。附圖說明圖1是孔助雙芯光纖結構圖；圖2a是化學腐蝕后偏心纖芯露出的雙芯光纖橫截面圖；圖2b是利用激光微加工技術將偏心纖芯露出的雙芯光纖橫截面圖；圖2c是利用激光微加工技術將偏心纖芯露出的雙芯光纖橫截面圖；圖3是雙芯間距較小時，孔助雙芯光纖與單模光纖焊接示意圖；圖4是雙芯間距較小時，孔助雙芯光纖干涉型折射率傳感器示意圖；圖5是雙芯間距較大時，孔助雙芯光纖干涉型折射率傳感器示意圖；具體實施方式下面結合附圖舉例對本專利技術做更詳細地描述：本專利技術提供了一種孔助雙芯光纖干涉型折射率傳感器，傳感器是由光源、單模光纖、一段具有大直徑空氣孔的孔助雙芯光纖、單模光纖、探測器依次相連而成。孔助雙芯光纖包層有一個大尺寸空氣孔，光纖的一個纖芯位于包層中心，另一纖芯位于空氣孔內壁且距離前一個纖芯最近的位置。當兩個纖芯距離較近時，孔助雙芯光纖與兩端的單模光纖利用側向偏移
技術直接進行焊接使兩個纖芯獲得相同的能量；當兩個纖芯距離較遠時，則利用拉錐技術實現(xiàn)等比例分光。由于偏心空氣孔的存在，可以利用腐蝕或激光微加工技術很方便的將纖芯裸露出來，當外界折射率發(fā)生變化時，傳感臂光程發(fā)生改變，干涉譜將發(fā)生漂移，進而實現(xiàn)折射率傳感。該傳感器制作簡單，易于與單模光纖互聯(lián)，靈敏度高，因兩個纖芯在一個波導中，器件集成度高，具有溫度補償能力。該器件在溶液或氣體濃度等傳感方面都將有廣泛的應用。一種孔助雙芯光纖干涉型折射率傳感器是由光源、單模光纖6、一段具有大直徑空氣孔的孔助雙芯光纖5、單模光纖6、探測器依次相連而成。孔助雙芯光纖5的一個纖芯1位于包層4的中心，光纖包層4有一個大尺寸空氣孔3，另一纖芯2位于空氣孔內壁且距離前一個纖芯最近的位置。孔助雙芯光纖空氣孔3的直徑為20-50微米，兩個纖芯1和2均為單模，兩個纖芯折射率相同。孔助雙芯光纖兩個纖芯間距離小于12微米時，偏心纖芯2的尺寸等于中心纖芯1的尺寸。孔助雙芯光纖5與兩端單模光纖6利用側向偏移技術直接進行焊接，使兩個纖芯1和2獲得相同的能量。孔助雙芯光纖兩個纖芯間距離大于25微米時，為了使兩個纖芯中的模式匹配，偏心纖芯直徑大于中心纖芯直徑。孔助雙芯光纖與兩端的單模光纖的連接，是由單模光纖纖芯與雙芯光纖中心纖芯直接對準進行焊接實現(xiàn)的。然后利用拉錐技術，將雙芯光纖在焊點附近進行拉錐實現(xiàn)來兩個纖芯的分光。孔助雙芯光纖的偏心纖芯2可以利用化學腐蝕或激光微加工技術在空氣孔一側加工微槽7將纖芯2裸露于外界，外露的偏心纖芯可以進一步進行表面化學修飾。一種孔助雙芯光纖干涉型折射率傳感器，其工作原理是當光源從單模光纖6注入，孔助雙芯光纖兩個纖芯間距離小于12微米時，在光源注入端利用側向偏移技術將兩個光纖直接進行焊接，并通過調節(jié)單模纖芯橫向偏移量，使兩個纖芯1和2獲得相同的能量。由于兩個纖芯1和2尺寸相同，兩個纖芯中的模式不匹配，兩個纖芯間能量相互耦合可以被忽略。在出射端利用相同的方法將孔助雙芯光纖5和單模光纖6直接焊接。在出射單模纖6中將會發(fā)生干涉，構成M-Z干涉儀。孔助雙芯光纖兩個纖芯間距離大于25微米時，在光源注入端，單模光纖纖芯與雙芯光纖中心纖芯直接對準進行焊接，然后在焊點附近對雙芯光纖進行拉錐，由于偏心纖芯直徑大于中央纖芯直徑，可以使兩個纖芯中的模式匹配，通過拉錐可以使纖芯1和2獲得相同的能量，形成干涉儀的兩個臂。由于兩個纖芯距離較遠，兩個纖芯間能量相互耦合可以被忽略，在出射端利用相同的方法將孔助雙芯光纖5和單模光纖6進行焊接。在出射單模光纖6中，也將會發(fā)生干涉，構成M-Z干涉儀。再將單模光纖輸出光進入探測器構成傳感系統(tǒng)。當外界環(huán)境變化時，偏心干涉臂的光程會改變，探測器接收到的光譜將會發(fā)生漂移，進而實現(xiàn)物理量的傳感測量。實施例1：結合圖1、圖2(a)、圖3和圖4，一種孔助本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種孔助雙芯光纖干涉型折射率傳感器，其特征在于：傳感器是由光源、單模光纖、一段具有大直徑空氣孔的孔助雙芯光纖、單模光纖、探測器依次相連而成；孔助雙芯光纖包層一側有一個大尺寸空氣孔，光纖的一個纖芯位于包層的中心，另一纖芯位于空氣孔內壁且距離前一個纖芯最近的位置；雙芯光纖兩個纖芯間距離小于12微米或大于25微米。

【技術特征摘要】
1.一種孔助雙芯光纖干涉型折射率傳感器，其特征在于：傳感器是由光源、單模光纖、一段具有大直徑空氣孔的孔助雙芯光纖、單模光纖、探測器依次相連而成；孔助雙芯光纖包層一側有一個大尺寸空氣孔，光纖的一個纖芯位于包層的中心，另一纖芯位于空氣孔內壁且距離前一個纖芯最近的位置；雙芯光纖兩個纖芯間距離小于12微米或大于25微米。2.根據(jù)權利要求1所述的一種孔助雙芯光纖干涉型折射率傳感器，其特征在于：所述的孔助雙芯光纖空氣孔直徑20-50微米，兩個纖芯均為單模，并且兩個纖芯折射率相同。3.根據(jù)權利要求1所述的一種孔助雙芯光纖干涉型折射率傳感器，其特征在于：所述的孔助雙芯光纖的兩個纖芯間距離小于12微米時，偏心纖芯的尺寸等于中心纖芯尺寸，孔助雙芯光纖與兩端單模光纖利用側向偏移技術直接進行焊接，使兩個纖芯獲...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：關春穎，楊菁，付佳楠，陸永嬌，苑立波，
申請(專利權)人：哈爾濱工程大學，
類型：發(fā)明
國別省市：黑龍江;23