一種基于腐蝕處理的光子晶體光纖馬赫-曾德干涉儀的溫度傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖傳感技術領域，具體涉及一種基于腐蝕處理的光子晶體光纖馬赫-曾德干涉儀的溫度傳感器。
【背景技術】
[0002]傳感器在幫助人們獲得外界的各種信息上有不可取代的重要作用，且被廣泛應用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等各個領域。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，人們對傳感器的要求越來越高，一些新機理和高靈敏度傳感器使得一些領域的研究產(chǎn)生了突破性的進展。近些年，光纖傳感器作為一類新型的傳感器，越來越受到人們的關注。與其他的傳感器相比，光纖傳感器體積小，可在高壓、強電磁場等惡劣環(huán)境中使用，并且可測量多種物理量。
[0003]光子晶體光纖(photonic crystal fibers，簡稱PCF)由石英材料構成，是一種介電常數(shù)呈周期性分布的光纖，其變化周期的數(shù)量級達到光波長的數(shù)量級，是具有光子頻率禁帶的特殊光學材料。光子晶體光纖相較于傳統(tǒng)光纖，具有無截止單模傳輸、可調(diào)節(jié)色散、高雙折射、可進行偏振控制等特性。按照導光原理，光子晶體光纖可分為折射率引導型光子晶體光纖和光子帶隙型光子晶體光纖。折射率引導型光子晶體光纖與傳統(tǒng)全內(nèi)反射光纖導光機制類似，其纖芯的有效折射率高于包層的有效折射率，滿足全內(nèi)反射導光原理條件。本專利采用的光子晶體光纖LMA-10即是一種折射率引導型光子晶體光纖。
[0004]馬赫-曾德干涉儀簡介:光纖馬赫-曾德干涉儀是一種功能型光纖傳感器，在光纖技術中常用作相位、頻率等的調(diào)制解調(diào)器。一般的意義上的馬赫-曾德光纖傳感器由光源、分束器、兩根光纖、耦合器、探測器構成，其中兩根光纖分別作為參考光路和調(diào)制光路。在兩條光路中傳輸?shù)墓庠隈詈掀髦袇R合，由于光程差的存在而發(fā)生干涉，其干涉光譜顯示在探測器上。當對調(diào)制光路進行溫度等物理量的調(diào)制時，調(diào)制光路傳輸?shù)墓獾墓獬虒l(fā)生變化，導致原來的光程差發(fā)生變化，干涉光譜也發(fā)生變化。通過分析光譜的變化與物理量變化對應的關系，即可得到該傳感器的靈敏度。隨著科技進步，改進后的光纖馬赫-曾德干涉儀不需要用兩根光纖作為參考光路和調(diào)制光路，通過一些結構的構造熔接，使得一根光纖就可以實現(xiàn)兩部分光的干涉，此時光纖不僅僅是作為傳輸光的傳輸光纖，更可以作為傳感器使用。
[0005]—種基于腐蝕處理的光子晶體光纖馬赫-曾德干涉儀的溫度傳感器，其傳感頭是由經(jīng)過腐蝕的光子晶體光纖制作而成，傳感頭與傳輸光纖、寬帶光源、光譜儀一起構成該光纖傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種基于腐蝕處理的光子晶體光纖馬赫-曾德干涉儀的溫度傳感器的技術方案。
[0007]所述的一種基于腐蝕處理的光子晶體光纖馬赫-曾德干涉儀的溫度傳感器，其特征在于由寬帶光源(I)、傳輸光纖(2)、傳感頭(3)、溫度控制箱(4)、傳輸光纖(5)、光譜儀(6)組成；經(jīng)過腐蝕的光子晶體光纖構成傳感頭(3)，傳感頭(3)的一端通過傳輸光纖(2)與寬帶光源(I)相連，另一端通過傳輸光纖(5)與光譜儀(6)相連。
[0008]所述的一種基于腐蝕處理的光子晶體光纖馬赫-曾德干涉儀的溫度傳感器，其特征在于制作傳感頭(3)時需使用的光子晶體光纖型號為LMA-10。
[0009]所述的一種基于腐蝕處理的光子晶體光纖馬赫-曾德干涉儀的溫度傳感器，其特征在于所述的傳感頭(3)長度為100 μ m。
[0010]所述的一種基于腐蝕處理的光子晶體光纖馬赫-曾德干涉儀的溫度傳感器，其特征在于傳輸光纖(2)和傳輸光纖(5)所使用的單模光纖可米用G.652、G.653和G.655單模光纖，恪接在傳感頭(3)兩端的傳輸光纖(2)和傳輸光纖(5)的長度分別為20?30cm。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點在于:該傳感器結構精巧，可用于高壓、電氣噪聲、高溫、腐蝕等惡劣環(huán)境。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的結構示意圖
[0013]圖2是本發(fā)明使用的未經(jīng)處理的光子晶體光纖的橫截面圖
[0014]圖3是本發(fā)明經(jīng)腐蝕處理后的光子晶體光纖的橫截面圖
[0015]圖4是光子晶體光纖腐蝕前后的區(qū)域對比圖
[0016]圖5是傳感頭與傳輸光纖的熔接交界面示意圖
【具體實施方式】
[0017]下面結合說明書附圖對本發(fā)明進一步說明:
[0018]如圖1所示，一種基于腐蝕處理的光子晶體光纖馬赫-曾德干涉儀的溫度傳感器包括寬帶光源(I)、傳輸光纖(2)、傳感頭(3)、溫度控制箱(4)、傳輸光纖(5)以及光譜儀
(6)ο傳感頭(3)的制作如下:將一段光子晶體光纖的一端與傳輸光纖(2)用熔接機進行不坍塌熔接，再將光子晶體光纖的另一端垂直浸入HF酸溶液進行腐蝕。由于毛細效應，腐蝕性溶液進入光子晶體光纖的空氣孔中。經(jīng)過180秒，光子晶體光纖周期性排列的每一個圓形空氣孔壁都經(jīng)過腐蝕而消失，使得光子晶體光纖原本由圓形空氣孔排列的六邊形區(qū)域腐蝕成六邊形空氣孔。且由于腐蝕，空氣孔包圍的實心部分變細，形成一個直徑約為2 μπι的細芯部分。腐蝕之前的光子晶體光纖端面如圖2所示，其中白色圓形小孔為空氣孔，灰色部分為石英材料。經(jīng)腐蝕后的光子晶體光纖如圖3所示，灰色部分是石英材料，六邊形的白色部分是經(jīng)腐蝕后形成的空氣孔，中心被周期性排列的空氣孔包圍的實心部分經(jīng)腐蝕后變細。腐蝕前后邊界對比圖如圖4所示，從圖4可以看出，腐蝕后，六邊形空氣腔的范圍比未腐蝕的圓形空氣孔排列所構成的六邊形區(qū)域稍大一點，細芯部分比未腐蝕的圓形空氣孔圍繞的中央部分稍小一點。將該經(jīng)過處理的光子晶體光纖的另一端與傳輸光纖(5)用熔接機進行無坍塌熔接，該經(jīng)過腐蝕處理的光子晶體光纖構成傳感頭(3)。傳輸光纖(2)接寬帶光源(I)，傳輸光纖(5)接光譜儀(6)。
[0019]本發(fā)明裝置的工作方式為:傳感頭與傳輸光纖的熔接交界面如圖5所示，傳輸光纖是單模光纖，光主要在纖芯中傳播，纖芯直徑約為8μπι。寬帶光源發(fā)出的光通過傳輸光纖進入傳感頭，在傳感頭與傳輸光纖熔接的交界面處，光會由于傳輸光纖纖芯與傳感頭中間的細芯大小不匹配，導致一部分光進入光子晶體光纖的空氣孔。光在傳感頭中分別沿著細芯和空氣腔傳輸，并在下一個傳感頭與傳輸光纖熔接的交界面共同進入傳輸光纖的纖芯，且由于有穩(wěn)定的光程差而發(fā)生干涉。干涉的光經(jīng)由傳輸光纖傳入光譜儀，在光譜儀上顯示出干涉光譜。當外界溫度變化時，由于細芯和空氣腔對溫度變化的響應程度不同，導致沿著細芯和空氣腔傳輸?shù)墓獾墓獬滩畎l(fā)生改變，在光譜儀上顯示出干涉光譜的漂移。光譜的漂移量和溫度變化量有關，所以監(jiān)測干涉光譜的變化就可以進一步計算出該傳感器的溫度靈敏度。
【主權項】
1.一種基于腐蝕處理的光子晶體光纖馬赫-曾德干涉儀的溫度傳感器，其特征在于由寬帶光源(I)、傳輸光纖(2)、傳感頭(3)、溫度控制箱(4)、傳輸光纖(5)、光譜儀(6)組成；經(jīng)過腐蝕的光子晶體光纖構成傳感頭(3)，傳感頭(3)的一端通過傳輸光纖(2)與寬帶光源(I)相連，另一端通過傳輸光纖(5)與光譜儀(6)相連。2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于腐蝕處理的光子晶體光纖馬赫-曾德干涉儀的溫度傳感器，其特征在于制作傳感頭(3)時需使用的光子晶體光纖型號為LMA-10。3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于腐蝕處理的光子晶體光纖馬赫-曾德干涉儀的溫度傳感器，其特征在于所述的傳感頭(3)長度為100 μ m。4.根據(jù)權利要求1所述的基于腐蝕處理的光子晶體光纖馬赫-曾德干涉儀的溫度傳感器，其特征在于傳輸光纖(2)和傳輸光纖(5)所使用的單模光纖可米用G.652、G.653和G.655單模光纖，恪接在傳感頭(3)兩端的傳輸光纖(2)和傳輸光纖(5)的長度分別為20?30cmo
【專利摘要】本實用新型提供了一種基于腐蝕處理的光子晶體光纖馬赫-曾德干涉儀的溫度傳感器，其特征在于由寬帶光源1、傳輸光纖2、傳感頭3、溫度控制箱4、傳輸光纖5、光譜儀6組成；經(jīng)過腐蝕的光子晶體光纖構成傳感頭3，傳感頭3的一端通過傳輸光纖2與寬帶光源1相連，另一端通過傳輸光纖5與光譜儀6相連；本實用新型結構精巧，可用于高壓、電氣噪聲、高溫、腐蝕等惡劣環(huán)境。
【IPC分類】G01K11/32
【公開號】CN204924487
【申請?zhí)枴緾N201520276291
【發(fā)明人】黃然, 倪凱, 馬啟飛
【申請人】中國計量學院
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年4月30日