基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法技术

本发明专利技术公开了一种基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，测试涂敷过激光染料的聚合物光纤不同位置时产生的随机激光。本发明专利技术中端面泵浦聚合物光纤侧面接收随机激光的实验，证明了当测试聚合物光纤随机激光接收端的位置与泵浦端面的距离增大时，随机激光的阈值也增大。本发明专利技术中端面泵浦聚合物光纤端面接收随机激光的实验，证明了当测试聚合物光纤随机激光接收端的位置与泵浦端面的距离缩小时，随机激光的阈值基本保持不变。本发明专利技术中聚合物光纤样品传感实验，证明了乙醇混合溶液的折射率增大时，聚合物光纤随机激光的发射强度也增大，并可将这一特性应用在光纤传感领域。本发明专利技术在研究消逝场影响下的聚合物光纤随机激光特性方面具有重要意义。

Random laser sensing method for polymer optical fiber based on evanescent field principle

The invention discloses a random laser sensing method based on the evanescent field principle of polymer optical fiber laser sensing to test the random laser produced in different positions of the polymer optical fiber coated with the laser dye. The experiment of receiving random laser in side side pumped polymer optical fiber in the invention proves that the threshold of random laser increases when the distance between the location of the random laser receiving end of the polymer fiber and the distance of the pump end is increased. The experiment of receiving random laser in the end face pumped polymer optical fiber end shows that the threshold of random laser is kept unchanged when the distance between the location of the random laser receiving end of the polymer fiber and the distance of the pump end is shrinking. In this invention, the sample sensing experiment of polymer fiber shows that when the refractive index of the ethanol mixture increases, the emission intensity of the polymer fiber random laser is also increased, and this characteristic can be applied in the field of optical fiber sensing. The invention is of great significance in studying the random laser characteristics of polymer optical fibers under the influence of evanescent field.

【技术实现步骤摘要】
基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法
本专利技术涉及光纤随机激光测量方法领域，具体是一种基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法。
技术介绍
随机激光不同于传统的激光，其不需要传统激光器所需要的反射镜构成的谐振腔，它只依赖增益介质和无序散射介质获得反馈和光放大。自从Letokhov在理论上提出随机激光以来，随机激光就被广泛的研究并且应用。随机激光没有确定的光学谐振腔，这也就导致了发射光谱的不可预知性。为了提高随机激光的效率和控制随机激光的方向，人们利用光纤的一维束缚作用得到高效率、低阈值以及有方向性的随机激光，称之为光纤随机激光。而光波是一种电磁波，根据光的波动原理，当光波入射到纤芯与包层的分界面时，一部分光会透入包层一定的深度，并产生一种沿径向呈指数衰减的消逝波，从而形成消逝场。利用消逝场原理制成的传感器是一种功能型光纤传感器,其核心器件是一个传感光纤探头,当消逝场与具有吸收性质的被测物质发生作用引起能量吸收时,表现为光纤输出的光强减弱，因此通过测量输出光强的大小就可以反推出待测物质的具体被测信息，这就是光纤消逝场传感器的探测原理。光纤消逝场传感器具有响应速度快、体积小、试剂耗量小以及抗电磁干扰能力强等突出优点,特别是基于消逝场吸收与荧光激发的光纤消逝场传感器结构简单、抗酸碱腐蚀能力强、空间适应性好而且成本较低，作为一个多学科交叉新兴的应用技术具有广阔的应用前景。聚合物光纤由于其柔性好、低成本、易于处理、较大的数值孔径受到了很多的关注。它们已经被应用在各种各样的领域，例如光纤传感器、短距离数据传输和照明设备。随着聚合物光纤的发展，研究人员主要将工作集中在有源聚合物光纤放大器和激光器领域，因此随机激光有望用于激光成像、光纤传感和通讯等一些邻域。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，用以获取聚合物光纤不同位置时的随机激光，并检测聚合物样品在不同折射率溶液中的传感特性。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）、调配涂敷层物料：选择聚甲基丙烯酸甲酯或者甲基丙烯酸苄酯、丙酮溶液和激光染料为原料配置涂覆层物料，聚甲基丙烯酸甲酯的质量为丙酮质量的10%-20%，激光染料的质量为聚甲基丙烯酸甲酯质量的3%-5%，并将聚甲基丙烯酸甲酯溶解在丙酮溶液中，再将激光燃料溶解在丙酮溶液中，调配出涂覆层物料；（2）、将涂敷层物料涂敷至待测聚合物光纤表面：用胶头滴管吸取涂覆层物料并保持水平，将待测聚合物光纤样品缓慢伸入胶头滴管中并匀速抽出，使涂敷层物料涂敷附着在待测聚合物光纤样品表面，然后再将涂敷过物料后的待测聚合物光纤样品自然干燥，其中待测聚合物光纤样品的材料为聚甲基丙烯酸甲酯；（3）、聚合物光纤样品随机测试：采用纳秒激光器作为泵浦光源，使泵浦激光从涂覆有涂覆层物料的待测聚合物光纤样品的一端耦合至待测聚合物光纤样品，采用光纤光谱仪，并使光纤光谱仪的光纤探头分别在待测聚合物光纤样品的侧面上方和另一端位置接收待测聚合物光纤样品发出的随机激光，并测试聚合物光纤样品在不同折射率溶液中的传感特性，测试多次重复测量后，由光纤光谱仪获得随机激光的光谱信息。所述的基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，其特征在于：步骤（1）中，聚甲基丙烯酸甲酯的质量为丙酮质量的10%-20%，激光染料的质量为聚甲基丙烯酸甲酯质量的3%-5%。所述的基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，其特征在于：步骤（1）中，激光染料为PM597、罗丹明6G、DCM中的任意一种。所述的基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，其特征在于：步骤（2）中待测聚合物光纤样品在送入胶头滴管前需拉直。所述的基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，其特征在于：步骤（3）中，纳秒激光器发出的泵浦激光通过控制其能量和偏振方向的格兰镜组，再通过凸透镜后从待测聚合物光纤样品的一端耦合至待测聚合物光纤样品。所述的基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，其特征在于：步骤（3）中，待测聚合物光纤样品放置在三维调节架上，通过三维调节架调节待测聚合物光纤样品位置使得泵浦激光最优耦合进入待测聚合物光纤样品。所述的基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，其特征在于：步骤（3）中，光纤光谱仪的光纤探头放置在三维调节架上，通过三维调节架调节光纤探头位置使得光纤探头接收的随机激光强度最强。所述的基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，其特征在于：步骤（3）中，光纤光谱仪的光纤探头在待测聚合物光纤样品的侧面上方时，测得的是待测聚合物光纤样品径向方向的随机激光；步骤（3）中，光纤光谱仪的光纤探头在待测聚合物光纤样品的另一端位置时，测得的是待测聚合物光纤样品轴向方向的随机激光。所述的基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，其特征在于：步骤（3）中，光纤光谱仪的光纤探头在待测聚合物光纤样品的另一端位置时，每测试一个位置后，将端部已测的聚合物光纤样品切去一定长度，直至待测聚合物光纤样品长度降低为设定长度值。所述的基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，其特征在于：步骤（3）中，在无盖正方体容器的对立面对称位置通一个与聚合物光纤样品同样大小的孔，将样品穿过孔放置在容器里并固定在实验升降台上。光纤光谱仪的光纤探头在待测聚合物光纤样品的另一端位置，向容器里注入水，测出样品刚接触水、一半浸没在水中以及全浸没在水中的光谱信息，再依次向水溶液中滴加5次3ml乙醇，每两次加水及乙醇的时间间隔为3分钟，观察并记录聚合物光纤样品在不同折射率溶液中的光谱变化。本专利技术的原理是：本专利技术第一次实现了基于消逝场原理聚合物光纤不同位置时随机激光测试，通过在聚合物光纤样品表面涂覆一层含有激光染料的物料，测试不同位置、不同长度时的聚合物光纤产生随机激光的特性参数的变化，证明了光纤消逝场原理对聚合物光纤随机激光特性参数的影响。通过测试聚合物光纤在不同折射率溶液中产生随机激光的变化，即测试聚合物光纤在不同散射体系中的传感特性，可知当消逝场与不同物质发生作用引起能量变化时,表现为光纤输出的光强改变，因此通过测量输出光强的大小就可以反推出待测物质的具体被测信息，从而应用于光纤传感领域。本专利技术的有益效果在于：本专利技术的方法在测试聚合物光纤不同位置时的随机激光实验中可多次测试，在测试不同折射率溶液对随机激光的影响中，通过改变混合溶液的折射率来检测随机激光的变化，并将其应用在传感器领域，该专利技术在研究消逝场原理对聚合物随机激光的影响方面将具有重要的意义。附图说明图1是与本专利技术实施例一致的侧面接收聚合物光纤随机激光测试装置图。图2（a）是与本专利技术实施例一致的在侧面1cm处接收随机激光的发射光谱图，插图为泵浦能量与随机激光主峰波长关系图。（b）是与本专利技术实施例一致的在侧面2cm处接收随机激光的发射光谱图，插图为泵浦能量与随机激光主峰波长关系图。（c）是与本专利技术实施例一致的在侧面3cm处接收随机激光的发射光谱图，插图为泵浦能量与随机激光主峰波长关系图。（d）是与本专利技术实施例一致的在侧面4cm处接收随机激光的发射光谱图，插图为泵浦能量与随机激光主峰波长关系图。（e）是与本专利技术实施例一致本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）、调配涂敷层物料：选择聚甲基丙烯酸甲酯或者甲基丙烯酸苄酯、丙酮溶液和激光染料为原料配置涂覆层物料，聚甲基丙烯酸甲酯的质量为丙酮质量的10%‑20%，激光染料的质量为聚甲基丙烯酸甲酯质量的3%‑5%，并将聚甲基丙烯酸甲酯溶解在丙酮溶液中，再将激光燃料溶解在丙酮溶液中，调配出涂覆层物料；（2）、将涂敷层物料涂敷至待测聚合物光纤表面：用胶头滴管吸取涂覆层物料并保持水平，将待测聚合物光纤样品缓慢伸入胶头滴管中并匀速抽出，使涂敷层物料涂敷附着在待测聚合物光纤样品表面，然后再将涂敷过物料后的待测聚合物光纤样品自然干燥，其中待测聚合物光纤样品的材料为聚甲基丙烯酸甲酯；（3）、聚合物光纤样品随机激光测试：采用纳秒激光器作为泵浦光源，使泵浦激光从涂覆有涂覆层物料的待测聚合物光纤样品的一端耦合至待测聚合物光纤样品，采用光纤光谱仪，并使光纤光谱仪的光纤探头分别在待测聚合物光纤样品的侧面上方和另一端位置接收待测聚合物光纤样品发出的随机激光，并测试聚合物光纤样品在不同折射率溶液中的传感特性，测试多次重复测量后，由光纤光谱仪获得随机激光的光谱信息。...

【技术特征摘要】
1.基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）、调配涂敷层物料：选择聚甲基丙烯酸甲酯或者甲基丙烯酸苄酯、丙酮溶液和激光染料为原料配置涂覆层物料，聚甲基丙烯酸甲酯的质量为丙酮质量的10%-20%，激光染料的质量为聚甲基丙烯酸甲酯质量的3%-5%，并将聚甲基丙烯酸甲酯溶解在丙酮溶液中，再将激光燃料溶解在丙酮溶液中，调配出涂覆层物料；（2）、将涂敷层物料涂敷至待测聚合物光纤表面：用胶头滴管吸取涂覆层物料并保持水平，将待测聚合物光纤样品缓慢伸入胶头滴管中并匀速抽出，使涂敷层物料涂敷附着在待测聚合物光纤样品表面，然后再将涂敷过物料后的待测聚合物光纤样品自然干燥，其中待测聚合物光纤样品的材料为聚甲基丙烯酸甲酯；（3）、聚合物光纤样品随机激光测试：采用纳秒激光器作为泵浦光源，使泵浦激光从涂覆有涂覆层物料的待测聚合物光纤样品的一端耦合至待测聚合物光纤样品，采用光纤光谱仪，并使光纤光谱仪的光纤探头分别在待测聚合物光纤样品的侧面上方和另一端位置接收待测聚合物光纤样品发出的随机激光，并测试聚合物光纤样品在不同折射率溶液中的传感特性，测试多次重复测量后，由光纤光谱仪获得随机激光的光谱信息。2.根据权利要求1所述的基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，其特征在于：步骤（1）中，聚甲基丙烯酸甲酯的质量为丙酮质量的10%-20%，激光染料的质量为聚甲基丙烯酸甲酯质量的3%-5%。3.根据权利要求1所述的基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，其特征在于：步骤（1）中，激光染料为PM597、罗丹明6G、DCM中的任意一种。4.根据权利要求1所述的基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，其特征在于：步骤（2）中待测聚合物光纤样品在送入胶头滴管前需拉直。5.根据权利要求1所述的基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，其特征在于：步骤（...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡志家，陈先先，李亚鑫，夏江营，张俊喜，姜海明，谢康，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34