多芯光纤谐振腔气体传感器制造技术

本申请涉及一种多芯光纤谐振腔气体传感器，包括多芯光纤、光学谐振装置、第一导光结构和第二导光结构。所述多芯光纤包括第一光纤芯和第二光纤芯并具有一端面，所述第一光纤芯和所述第二光纤芯从所述端面露出。所述光学谐振装置设置于所述端面，并具有一个光输入端和一个光输出端。所述第一导光结构设置于所述端面，并与所述第一光纤芯和所述光输入端连接，用于将所述第一光纤芯的光输入所述光学谐振装置。所述第二导光结构设置于所述端面并与所述第二光纤芯和所述光输出端连接，用于将所述光学谐振装置的光输入耦合输出所述第二光纤芯。

【技术实现步骤摘要】
多芯光纤谐振腔气体传感器
本申请涉及光学领域，尤其涉及一种多芯光纤谐振腔气体传感器。
技术介绍
回音壁模式微型谐振腔是一种光学微腔，其典型特征在于，构成微腔的材料的折射率大于外界环境折射率，由于全反射作用光波在微腔中沿环形传播，当满足一定的相位条件时，即可形成稳定的光波模式，即回音壁模式。一般来说只要好能构成闭合环形光路的结构都可以用作微腔，微型谐振腔的几何外形可以是圆盘、球型、环形以及微管。采用低吸收损耗材料制备的外表光滑的回音壁模式微型谐振腔，能够有效地抑制光波的吸收损耗、散射损耗，从而使得微腔具有很高的品质因子。当微腔所处环境折射率发生变化，或者构成微腔的材料本身的折射率在外界物质作用下发生变化时，微腔中谐振的光波波长发生相应的变化。这构成了微腔用于折射率传感的物理基础。当采用对有机挥发性气体敏感的材料构成微腔，并将微腔放置在有机挥发性气体环境中时，谐振腔的有效折射率和半径会因气体分子的浸入而发生变化，谐振波长的位置会发生红移或蓝移，观察光谱偏移可以反映出有机挥发性气体的浓度变化。传统的回音壁模式微腔传感器测试系统复杂，难以适用于现场检测，难于实现远程检测。
技术实现思路
有鉴于此，提供一种体积小、可集成、携带方便的多芯光纤谐振腔气体传感器实为必要。一种多芯光纤谐振腔气体传感器，包括：多芯光纤，包括第一光纤芯和第二光纤芯并具有一端面，所述第一光纤芯和所述第二光纤芯从所述端面露出；光学谐振装置，设置于所述端面，所述光学谐振装置具有一个光输入端和一个光输出端；第一导光结构，设置于所述端面并与所述第一光纤芯和所述光输入端连接，用于将所述第一光纤芯的光输入所述光学谐振装置；第二导光结构，设置于所述端面并与所述第二光纤芯和所述光输出端连接，用于将所述光学谐振装置的光输入耦合输出所述第二光纤芯。在一个实施例中，所述光学谐振装置包括：第一回音壁微盘谐振腔，设置于所述端面；谐振腔波导，与所述第一回音壁微盘谐振腔间隔设置，所述谐振腔波导的两端分别为所述光输入端和所述光输出端；谐振腔波导支撑体，设置于所述端面，所述谐振腔波导通过所述谐振腔波导支撑体支撑，从而与所述第一回音壁微盘谐振腔间隔设置。在一个实施例中，所述光学谐振装置还包括：第一微柱固定设置于所述端面，所述第一回音壁微盘谐振腔设置于所述第一微柱远离所述端面的一端。在一个实施例中，所述谐振腔波导支撑体包括：与所述第一回音壁微盘谐振腔间隔设置的第二回音壁微盘谐振腔，设置于所述端面，所述谐振腔波导固定设置于所述第二回音壁微盘谐振腔的周部；第二微柱固定设置于所述端面，所述第二回音壁微盘谐振腔设置于所述第二微柱远离所述端面的一端。在一个实施例中，所述谐振腔波导与所述第一回音壁微盘谐振腔的周部的距离为0.5微米，所述谐振腔波导嵌入所述第二回音壁微盘谐振腔的周部0.5微米。在一个实施例中，所述第一回音壁微盘谐振腔的直径与所述第二回音壁微盘谐振腔的直径的比在1:5至4:5之间。在一个实施例中，所述谐振腔波导与所述第二回音壁微盘谐振腔的周部相切，并熔接。在一个实施例中，所述第一导光结构包括：第一微柱波导，设置于所述端面，并与所述第一光纤芯连接；第一微全反射棱镜，设置于所述微柱波导远离所述第一光纤芯的一端；第一微椎体，设置于所述微全反射棱镜与所述光输入端之间，光通过所述第一光纤芯进入所述第一微柱波导后，射入所述第一微全反射棱镜反射进入所述第一微椎体，在所述第一微椎体中会聚后进入所述输入端。在一个实施例中，所述第二导光结构包括：第二微柱波导，设置于所述端面，并与所述第二光纤芯连接；第二微全反射棱镜，设置于所述微柱波导远离所述第二光纤芯的一端；第二微椎体，设置于所述第二微全反射棱镜与所述光输出端之间，光通过所述输出端进入所述第二微椎体发散后，通过所述第二微全反射棱镜反射进入所述第二微柱波导，从而通过所述第二光纤芯导出。在一个实施例中，所述多芯光纤、所述光学谐振装置、所述第一导光结构和所述第二导光结构一体成型制成。本申请提供一种具有良好性能的多芯光纤谐振腔气体传感器，该器件采用七芯光纤端面为平台，制备出探针式光纤传感器件，实现远程、实时的传感检测。该传感器件具有体积小、抗干扰能力强、可集成、携带方便等诸多优势，可适用于检测空间狭小，被检测物难以接近、检测环境有毒有害等极端情况下的传感检测。附图说明图1是本申请实施例的多芯光纤谐振腔气体传感器结构示意图；图2是本申请实施例的多芯光纤谐振腔气体传感器的俯视图；图3是本申请实施例的多芯光纤谐振腔气体传感器的横向截面图；图4是本申请实施例的多芯光纤谐振腔气体传感器的纵向截面图；图5是本申请图4中的局部放大图；图6是本申请实施例的多芯光纤谐振腔气体传感器所测得的不同乙醇蒸汽温度下的探测结果；图7是本申请实施例的多芯光纤谐振腔气体传感器所测得的不同乙醇蒸汽浓度下的探测结果；图8是本申请实施例的多芯光纤谐振腔气体传感器为探测乙醇蒸汽浓度的实验结果和拟合结果。具体实施方式下面通过附图和实施例，对本申请的技术方案作进一步的详细描述。为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本申请的多芯光纤谐振腔气体传感器进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。请参见图1-3，本申请实施例提供一种多芯光纤谐振腔气体传感器10，包括多芯光纤110、光学谐振装置120、第一导光结构130和第二导光结构140。所述多芯光纤110包括多个光纤芯。所述第一导光结构130将所述多芯光纤110中的一个光纤芯与所述光学谐振装置120光路连接。所述第二导光结构140将所述光学谐振装置120与所述多芯光纤110中的另一个光纤芯光路连接。通过所述第一导光结构130输入所述光学谐振装置120的光在所述光学谐振装置120中耦合共振后通过所述第二导光结构140输出。所述多芯光纤110可以为至少两个光纤芯并列形成，或者也可以是多个光纤芯并列形成。可以理解，所述多芯光纤110中的光纤芯的数量不限。所述多芯光纤110可以切割从而形成一个端面112。所述光纤芯从所述端面112露出。在一个实施例中，所述多芯光纤110包括第一光纤芯113和第二光纤芯115。所述第一光纤芯113和所述第二光纤芯115可以平行间隔设置，从而在所述端面112露出的部分相互间隔设置。在一个实施例中，所述多芯光纤110可以包括7个光纤芯。可以理解，所述第一光纤芯113和所述第二光纤芯115可以是所述多芯光纤110中距离最远的两个光纤芯。所述光学谐振装置120设置于所述端面112。所述光学谐振装置120具有一个光输入端121和一个光输出端123。光可以通过所述光输入端121输入所述光学谐振装置120，并在所述光学谐振装置120中耦合共振后通过所述光输出端123输出。所述第一导光结构130设置于所述端面112并与所述第一光纤芯113和所述光输入端121连接，用于将所述第一光纤芯113传导的光输入所述光学谐振装置120。所述第二导光结构140设置于所述端面112并与所述第二光纤芯115和所述光输出端123连接，用于将所述光学谐振装置120中的光输入所述第二光纤芯115。本申请实施例提供的所述多芯光纤谐振腔气体传感器10，在所述多芯光纤110的端面112设置所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多芯光纤谐振腔气体传感器，包括：多芯光纤，包括第一光纤芯和第二光纤芯并具有一端面，所述第一光纤芯和所述第二光纤芯从所述端面露出；光学谐振装置，设置于所述端面，所述光学谐振装置具有一个光输入端和一个光输出端；第一导光结构，设置于所述端面并与所述第一光纤芯和所述光输入端连接，用于将所述第一光纤芯的光输入所述光学谐振装置；以及第二导光结构，设置于所述端面并与所述第二光纤芯和所述光输出端连接，用于将所述光学谐振装置的光输入耦合输出所述第二光纤芯。

【技术特征摘要】
1.一种多芯光纤谐振腔气体传感器，包括：多芯光纤，包括第一光纤芯和第二光纤芯并具有一端面，所述第一光纤芯和所述第二光纤芯从所述端面露出；光学谐振装置，设置于所述端面，所述光学谐振装置具有一个光输入端和一个光输出端；第一导光结构，设置于所述端面并与所述第一光纤芯和所述光输入端连接，用于将所述第一光纤芯的光输入所述光学谐振装置；以及第二导光结构，设置于所述端面并与所述第二光纤芯和所述光输出端连接，用于将所述光学谐振装置的光输入耦合输出所述第二光纤芯。2.如权利要求1所述的多芯光纤谐振腔气体传感器，其特征在于，所述光学谐振装置包括：第一回音壁微盘谐振腔，设置于所述端面；谐振腔波导，与所述第一回音壁微盘谐振腔间隔设置，所述谐振腔波导的两端分别为所述光输入端和所述光输出端；以及谐振腔波导支撑体，设置于所述端面，所述谐振腔波导通过所述谐振腔波导支撑体支撑，从而与所述第一回音壁微盘谐振腔间隔设置。3.如权利要求2所述的多芯光纤谐振腔气体传感器，其特征在于，所述光学谐振装置还包括：第一微柱固定设置于所述端面，所述第一回音壁微盘谐振腔设置于所述第一微柱远离所述端面的一端。4.如权利要求2或3所述的多芯光纤谐振腔气体传感器，其特征在于，所述谐振腔波导支撑体包括：与所述第一回音壁微盘谐振腔间隔设置的第二回音壁微盘谐振腔，设置于所述端面，所述谐振腔波导固定设置于所述第二回音壁微盘谐振腔的周部；第二微柱固定设置于所述端面，所述第二回音壁微盘谐振腔设置于所述第二微柱远离所述端面的一端。5.如权利要求4所述的多芯光纤谐振腔气体传感器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯胜飞，张思瑶，张岩，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11