一種基于拉錐結(jié)構(gòu)的微孔折射率光纖傳感裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于拉錐結(jié)構(gòu)提拉鍍膜的微孔單模光纖液體折射率傳感裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖折射率傳感器因其抗電磁干擾能力強、響應(yīng)速度快、抗生化腐蝕、體積小、重量輕等優(yōu)點在環(huán)境監(jiān)測、食品安全、醫(yī)藥開發(fā)、臨床檢驗等相關(guān)領(lǐng)域有重要的意義和用途?，F(xiàn)有的光纖液體折射率傳感器有很多，包括光纖光柵傳感器，F(xiàn)-P腔光纖傳感器，光纖微孔傳感器等。其中，基于微孔結(jié)構(gòu)的傳感裝置由于其易加工，結(jié)構(gòu)簡單易保存等特點使其在液體折射率測量中得到了廣泛應(yīng)用。但現(xiàn)有的微孔單模光纖傳感裝置依然存在靈敏度較低的缺點。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過拉錐改變芯徑和鍍膜的方法提供一種高靈敏度的液體折射率傳感裝置。
[0004]上述技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0005]一種基于拉錐結(jié)構(gòu)的微孔折射率光纖傳感裝置，其結(jié)構(gòu)為，帶尾纖的LED激光光源I的光輸出端與光纖傳感探頭2的輸入端相連，光纖傳感探頭2的輸出端與帶尾纖的光功率計3的輸入端相連；其特征在于，所述的傳感探頭2是一段單模拉錐光纖，該單模拉錐光纖的等腰區(qū)21的纖芯直徑為5 μ m，等腰區(qū)長度為40 μ m，等腰區(qū)21兩側(cè)的對稱錐形漸變區(qū)22和等腰區(qū)21的總長度為600 ym?100ym且有鍍膜，在等腰區(qū)21有圓柱形微孔23，微孔23橫向穿透光纖的纖芯、包層和鍍膜且軸線與所述的單模拉錐光纖的中心軸垂直相交，微孔23的直徑與等腰區(qū)的纖芯直徑相同。
[0006]所述的鍍膜是鍍在等腰區(qū)21和錐形漸變區(qū)22的外表面的吸光材料，優(yōu)選N1-Al2O3O
[0007]本實用新型的工作原理如下:在微孔23內(nèi)注入液體，纖芯中的光波通過微孔23孔時，光線發(fā)生發(fā)散，在纖芯與包層分界面處，當(dāng)發(fā)散光纖入射角小于全反射臨界角時，光線會進入到包層中導(dǎo)致纖芯中的光功率損耗。當(dāng)孔內(nèi)液體折射率升高時，光線通過微孔的折射角度減小，則纖芯與包層分界面處入射角增大，部分光線會由于入射角度大于全反射臨界角而不再進入到包層中，因此纖芯中的光功率損耗下降，輸出端所接的光功率計3示數(shù)升高，根據(jù)光功率計3所測得的光功率的變化，可測量孔內(nèi)液體折射率變化。
[0008]熔融拉錐光纖可同時減小光纖包層和纖芯直徑，本實用新型利用此原理，將單模光纖拉錐后再打孔，減小了單模光纖的芯徑，與未拉錐只打孔的單模光纖相比，對更多的光功率起作用，因而提高了傳感裝置的靈敏度。
[0009]本實用新型所述的微孔直徑與纖芯直徑相同，可以對纖芯中的全部光功率起作用，且孔的直徑較小，折射光能力較強，當(dāng)孔內(nèi)液體折射率改變時，功率損耗變化更大，傳感裝置更靈敏。
[0010]本實用新型所述的鍍膜，一方面能避免發(fā)散到包層中的光返回到纖芯當(dāng)中影響傳感效果，另一方面避免外界環(huán)境折射率改變影響包層內(nèi)光功率損耗變化，因此可有效提高傳感器的穩(wěn)定度。
[0011]綜上，本實用新型有以下有益效果:
[0012]1、拉錐光纖等腰區(qū)芯徑小，傳感靈敏度高。
[0013]2、在拉錐光纖外鍍膜，避免了外界液體折射率變化的影響，使傳感更穩(wěn)定。
[0014]3、該液體傳感器體積小、制作簡單、易保存。
【附圖說明】
:
[0015]圖1是本實用新型一種基于拉錐結(jié)構(gòu)的微孔折射率光纖傳感裝置的連接示意圖。
[0016]圖2是本實用新型一種基于拉錐結(jié)構(gòu)的微孔折射率光纖傳感裝置的傳感探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3是本實用新型的光功率損耗隨液體折射率變化曲線。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的說明:
[0019]實施例1
[0020]首先用CO2激光器將單模光纖拉錐至等腰區(qū)直徑為70 μπι(纖芯為5 μπι)，等腰區(qū)和錐形漸變區(qū)的總長度為800 μπι，將拉錐后的光纖用溶膠一凝膠浸漬提拉法制備N1-Al2O3薄膜，在等腰區(qū)利用800nm飛秒激光加工工藝制作柱狀橫向穿透整個光纖的微孔，微孔的軸線與光纖的中心軸垂直相交，微孔的直徑與等腰區(qū)的纖芯直徑大小相同。制作傳感裝置所用的單模光纖，符合ITU-T G.652規(guī)范。
[0021]建立傳感裝置，將帶微孔結(jié)構(gòu)的錐形單模光纖傳感探頭的輸入端與帶尾纖的LED激光光源相連，傳感探頭的輸出端與帶尾纖的光功率計的輸入端相連，通過光功率計檢測功率變化得到液體折射率變化。在孔內(nèi)注入液體，并不斷改變液體折射率，記錄不同折射率下輸出端的功率損耗，得出光功率損耗隨液體折射率變化的變化曲線如圖3所示。
【主權(quán)項】
1.一種基于拉錐結(jié)構(gòu)的微孔折射率光纖傳感裝置，其結(jié)構(gòu)為，帶尾纖的LED激光光源(I)的光輸出端與光纖傳感探頭(2)的輸入端相連，光纖傳感探頭(2)的輸出端與帶尾纖的光功率計(3)的輸入端相連；其特征在于，所述的傳感探頭(2)是一段單模拉錐光纖，該單模拉錐光纖的等腰區(qū)(21)的纖芯直徑為5 μ m，等腰區(qū)長度為40 μ m，等腰區(qū)(21)兩側(cè)的對稱錐形漸變區(qū)(22)和等腰區(qū)(21)的總長度為600 μπι?1000 μπι且有鍍膜，在等腰區(qū)(21)有圓柱形微孔(23)，微孔(23)橫向穿透光纖的纖芯、包層和鍍膜且軸線與所述的單模拉錐光纖的中心軸垂直相交，微孔(23)的直徑與等腰區(qū)的纖芯直徑相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于拉錐結(jié)構(gòu)的微孔折射率光纖傳感裝置，其特征在于，所述的鍍膜是鍍在等腰區(qū)(21)和錐形漸變區(qū)(22)的外表面的N1-Al2O3吸光材料。
【專利摘要】本實用新型一種基于拉錐結(jié)構(gòu)的微孔折射率光纖傳感裝置，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。其結(jié)構(gòu)為，帶尾纖的LED激光光源(1)的光輸出端與光纖傳感探頭(2)的輸入端相連，光纖傳感探頭(2)的輸出端與帶尾纖的光功率計(3)的輸入端相連；所述的傳感探頭(2)是一段單模拉錐光纖，該單模拉錐光纖的等腰區(qū)(21)兩側(cè)有對稱錐形漸變區(qū)(22)，在等腰區(qū)(21)有橫向穿透光纖的纖芯的圓柱形微孔(23)，微孔(23)的直徑與等腰區(qū)的纖芯直徑相同。本實用新型具有體積小、制作簡單、易保存、靈敏度高且穩(wěn)定等優(yōu)點。
【IPC分類】G01N21-41
【公開號】CN204613103
【申請?zhí)枴緾N201520207893
【發(fā)明人】吳明宇, 徐曉峰, 湯國玉, 周微
【申請人】吉林大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年4月8日