基于带有微槽结构的DBR激光器的折射率传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于微槽结构的DBR激光器的折射率传感器及其制备方法，该折射率传感器包括泵浦光源、单模光纤、光波分复用器、带有微槽结构的DBR激光器、隔离器、偏振控制器和光功率计；其中，所述带有微槽结构的DBR激光器通过单模光纤与光波分复用器连接，光波分复用器分别通过单模光纤与泵浦光源以及隔离器相连，隔离器与偏振控制器、光功率计依次串联连接。本发明专利技术利用不同折射率材料对DBR激光器出射激光造成的不同损耗的特点，采用一种简单可靠的方案对材料折射率进行测量，测量精度可达61.9dB/单位折射率，具有巨大的潜在应用价值和广阔的市场前景。

Refractive index sensor of DBR laser based on micro groove structure and preparation method of DBR laser with micro groove structure

The invention discloses a preparation method of sensor and method for refractive index of DBR laser micro groove structure based on the refractive index sensor comprises a pump light source, optical fiber, optical multiplexer, with micro groove structure DBR laser, isolator, polarization controller and optical power meter; wherein, the micro groove with DBR laser the structure of a single-mode fiber and a wavelength division multiplexer with wavelength division multiplexer respectively connected with the pump light source and a single-mode fiber isolator through isolator and a polarization controller, optical power meter are connected in series in sequence. Different refractive index materials on DBR laser are caused by the different loss characteristics of the invention adopts a simple and reliable method to measure the refraction rate of materials, the measurement precision can reach 61.9dB/ refractive index unit, has great potential application value and broad market prospects.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤传感器设计领域，特别涉及一种基于微槽结构的DBR激光器的折射率传感器及微槽结构的DBR激光器的制备方法。
技术介绍
在追求高度自动化的现代工业中，传感器是必不可少的器件，传统电子传感器在过去几十年发挥着巨大作用。然而传统电子传感器由于测量精度和成本的原因，并不适用于所有的工业环境，当前的传感器技术正朝着微型化、集成化、低功耗等方向发展，基于光纤的传感器为人们提供一种简单可靠的方案光纤传感器分为无源传感器和有源传感器两种。光纤无源传感器主要包括干涉仪、FP腔、光纤光栅和锥形光纤等几种，利用温度、应力、外界折射率等物理量使光纤干涉臂长、腔长、光栅栅格间距或损耗以及有效折射率等发生变化，从而使光纤结构的特征波长或能量发生变化，即产生传感效应。有源传感器主要采用光纤激光器作为传感元件，与普通光纤传感器相比，有源传感器具有高信噪比、高输出功率及易于检测的优点。将无源传感升级为有源传感，可以提高信噪比和传输距离。另外，如果通过对激光能量进行检测，可克服波长解调的难题。因此，这种有源激光器的传感器既保留了无源型光纤传感技术的优点，又克服了无源型光纤传感技术的不足，是对光纤传感技术的继承和发展。基于DBR激光器的传感器是光纤光栅有源传感器中的一种，具有高信噪比、高输出功率、易于检测、输出线宽窄、宽范围调谐等优点。国内外都对基于DBR激光器的传感器做了大量研究，目前对基于DBR激光器的传感器的研究主要集<br>中于温度、应变和位移等物理量，对折射率的传感较少，这是因为这种短腔激光器的结构相对固定，对形成谐振腔的要求较高，很难加工。因此，过去很少的文献提到折射率测量。例如在文献“CompositeStructureDistributedBraggReflectorFiberLaserforSimultaneousTwoParameterSensing,IEEEPhoton.Tech.Lett,vol.12,pp.1464–1466(2010).”提出利用在DBR激光器的谐振腔中刻写光栅的方法实现折射率和温度的测量，然而测量灵敏度(-3.94dB/单位折射率)并不高。因此，研究一种结构简单紧凑、基于能量解调、操作方便且灵敏度高的DBR激光器的折射率传感器成为一个极具价值的课题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于微槽结构的DBR激光器的折射率传感器及基于微槽结构的DBR激光器的折射率传感器的制备方法，该传感器利用不同折射率物质在具有微槽的DBR激光器中影响出射激光的能量的性质，通过测量激光能量的大小可以达到测量物质折射率的大小的目的。这种测量方法具有结构简单、灵敏度高、信噪比强和易于解调等优点。根据公开的实施方式，本专利技术的第一方面提出了一种基于微槽结构的DBR激光器的折射率传感器，包括有：泵浦光源、单模光纤、光波分复用器、带有微槽结构的DBR激光器、隔离器、偏振控制器和光功率计；其中，所述的带有微槽结构的DBR激光器通过单模光纤与光波分复用器连接，光波分复用器分别通过单模光纤与泵浦光源以及隔离器相连，隔离器与偏振控制器、光功率计依次串联连接。进一步地，所述的泵浦光源是波长为980nm的泵浦激光器，其作用是980nm的激光使DBR激光器中的激光介质铒镱离子从基态激励到较高能级的激发态，是DBR激光器发射激光的必要条件。进一步地，所述的波分复用器是980nm/1550nm波分复用器，其主要作用是将DBR激光器中波长为980nm和1550nm的光波解复用(分离)。进一步地，所述的带有微槽结构的DBR激光器中的微槽结构是用激光器在DBR激光器侧面加工的微槽，其特有的微槽结构突破了激光在光纤内难以对外界敏感的限制，使DBR激光器与待测物质接触，感应待测物质的折射率变化。进一步地，所述的带有微槽结构的DBR激光器，包括有传感光纤和波长匹配的光纤光栅对，其中，传感光纤连接在一对波长匹配的光纤光栅对之间，光纤光栅对反射波长主要1550nm附近，光纤光栅对是DBR激光器的谐振腔，光波只有谐振腔中来回震荡才会出射激光。进一步地，所述的传感光纤是含有增益介质的铒镱共掺光纤。进一步地，所述的隔离器的主要作用是令出射激光单向传输，防止激光反射回DBR激光器中而对DBR激光器造成损坏。进一步地，所述的偏振控制器的主要作用是调整激光的偏振态，使出射激光的强度达到最大值。进一步地，所述的光功率计的主要作用是测量出射激光的功率。根据公开的实施例，本专利技术的第二方面提出了一种带有微槽结构的DBR激光器制备方法，所述制备方法包括以下步骤：S1、在一段铒镱共掺光纤的两端分别熔接一段普通单模光纤；S2、在所述的铒镱共掺光纤刻入布拉格光栅，得到激光腔；S3、采用CO2激光器对所述的激光腔进行切割加工，所述的CO2激光器出射的高功率激光对准所述的激光腔的侧面，高功率激光打到光纤上产生的巨大热量迅速令光纤的侧面部分融化，形成一个光滑平整的微槽。进一步地，所述步骤S2具体为：采用准分子激光器和相位掩膜刻蚀技术在所述的铒镱共掺光纤刻入布拉格光栅。进一步地，所述的激光腔的长度为10mm。进一步地，所述的铒镱共掺光纤工作时吸收泵浦光的能量，辐射出辐射光。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：1、本专利技术提出了一种结构简单紧凑、灵敏度高的基于微槽结构DBR光纤激光器的折射率传感器，利用不同折射率材料对DBR激光器出射激光造成的不同损耗的特点，实现对材料折射率的测量，本专利技术的折射率灵敏度为61.9dB/单位折射率。2、本专利技术相比于传统折射率传感器，具有稳定性好、抗电磁干扰等优点。3、本专利技术与现有光纤光栅折射率传感技术相比，具有信噪比强和易于解调等优点。4、本专利技术避免了将待测物质装进光纤结构之中，而直接将传感光纤置于待测物质之中传感，实现了快速、准确传感，因此具有巨大的应用潜力。附图说明图1为带有微槽结构DBR激光器的结构图；图2为带微槽结构的DBR激光器在电子显微镜下的侧面图；图3是本专利技术提出的一种基于微槽结构的DBR激光器的折射率传感器的结构示意图；图4是应用本专利技术的折射率传感器进行折射率溶液的测量数据与拟合曲线。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例本实施例提出一种基于微槽结构的DBR激光器的折射率传感器，主要通过...

【技术保护点】
一种基于DBR激光器微槽的折射率传感器，其特征在于，包括泵浦光源、单模光纤、光波分复用器、带有微槽结构的DBR激光器、隔离器、偏振控制器和光功率计；其中，所述的带有微槽结构的DBR激光器通过单模光纤与光波分复用器连接，所述的光波分复用器分别通过所述的单模光纤与所述的泵浦光源以及所述的隔离器相连，所述的隔离器与所述的偏振控制器、所述的光功率计依次串联连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于DBR激光器微槽的折射率传感器，其特征在于，包括
泵浦光源、单模光纤、光波分复用器、带有微槽结构的DBR激光器、
隔离器、偏振控制器和光功率计；其中，所述的带有微槽结构的DBR
激光器通过单模光纤与光波分复用器连接，所述的光波分复用器分别
通过所述的单模光纤与所述的泵浦光源以及所述的隔离器相连，所述
的隔离器与所述的偏振控制器、所述的光功率计依次串联连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于微槽结构的DBR激光器的折射
率传感器，其特征在于，所述的带有微槽结构的DBR激光器包括传感
光纤和波长匹配的光纤光栅对。
3.根据权利要求2所述的一种基于微槽结构的DBR激光器的折射
率传感器，其特征在于，所述的传感光纤采用铒镱共掺光纤。
4.根据权利要求2所述的一种基于微槽结构的DBR激光器的折射
率传感器，其特征在于，所述的波长匹配的光纤光栅对是等周期的光
纤布拉格光栅对，其光栅反射的中心波长与所述的传感光纤辐射的中
心波长相匹配。
5.根据权利要求1所述的一种基于微槽结构的DBR激光器的折射
率传感器，其特征在于，所述的带有微槽结构的DBR激光器中的微槽

【专利技术属性】
技术研发人员：刘博，李杰，苏达顺，孙立朋，关柏鸥，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44