基于微纳光纤耦合的马赫曾德干涉型光纤局放探测方法技术

本发明专利技术公开了基于微纳光纤耦合的马赫曾德干涉型光纤局放探测方法，包括依次连接的宽带光源、光纤耦合器、微纳光纤耦合器、光谱仪，并给出了其制作方法。其中，微纳光纤耦合器内包含一号单模光纤、二号单模光纤、ZnO纳米棒；光纤耦合器和微纳光纤耦合器之间通过光纤熔融的方式连接，采用水热法制备ZnO纳米棒材料涂覆在微纳光纤耦合器上，基于马赫曾德干涉原理，通过局部放电产生电弧，电弧辐射部分紫外光进行间接测量。本发明专利技术是为了解决在紫外探测领域中，现有紫外探测技术抗干扰能力弱、稳定性差、生产成本昂贵、制作复杂的问题，该系统具有高抗干扰能力、成本低易制作等特点。

【技术实现步骤摘要】
基于微纳光纤耦合的马赫曾德干涉型光纤局放探测方法
本专利技术属于光纤传感
，具体涉及一种基于微纳光纤耦合的马赫曾德干涉型光纤局放探测方法。
技术介绍
微纳光纤结合了纳米技术和光纤技术，是目前各类纳米量级光学器件的基础。自上世纪八十年代开始，光纤光学领域的发展与进步，研究者们逐渐将普通光纤进行拉制到微米级别，本世纪开始才出现纳米级别光纤。对于目前热度极高的微纳光纤就有高灵敏度，高传感度等优良特性，是未来发展和讨论的重要课题。紫外探测技术，与传统的激光探测技术和红外探测技术相比有着显著的优势，被应用到许多领域中。在宇宙航空航天探测领域，紫外波的探测是必不可缺的一部分；在通讯领域，光电通讯已经在现如今的社会中融会贯通，其中紫外通讯系统拥有抗干扰能力强、非视距通讯、保密性好优点，给人们的生活带来极大的便利；在民用生活领域，指纹在犯罪破案中是有力的证据之一，在罪犯作案的现场留下的指纹会经过紫外光的吸收散射以及反射的特点，借助现有技术可以大大提高检测精读。除此之外，在安全监测、灾害预报等方面，紫外检测技术都得到了广泛的应用。除了在光纤结构上的改良，在传感单元上涂覆敏感材料也可大大提升传感器的灵敏性能。目前，应用于传感头涂覆的敏感材料中过渡金属氧化物、石墨烯等都备受青睐。因此，多样而复杂的传感头结构配合着相互不同的敏感材料，结合实际情况可以大大提高传感器性能。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷以及改进需要，本专利技术提供了基于微纳光纤耦合的马赫曾德干涉型光纤局放探测方法，其目的在于通过局部放电产生的紫外光间接测量，由此有效的解决了目前耦合器探测技术抗干扰能力弱、稳定性差的问题，以此制备出抗干扰能力强、高灵敏度的局放探测系统。按照本专利技术的一方面，提供给了基于微纳光纤耦合的马赫曾德干涉型光纤局放探测方法，其特征在于，该系统包括依次连接的宽带光源(1)、光纤耦合器(2)、微纳光纤耦合器(3)、光谱仪(4)，其中：所述的微纳光纤耦合器(3)内包含一号单模光纤(3-1)、二号单模光纤(3-2)、ZnO纳米棒(3-3)，微纳光纤耦合器(3)一端连接光纤耦合器(2)另一端连接光谱仪(4)，微纳光纤耦合器(3)作为接收局放产生的紫外光的传感单元，光纤耦合器(2)另一端连接宽带光源(1)；所述的微纳光纤耦合器(3)中包含的一号单模光纤(3-1)和二号单模光纤(3-2)分光比为0.3:0.7；所述的光纤耦合器(2)中包含的两个光纤之间分光比为0.3:0.7。所述的基于微纳光纤耦合的马赫曾德干涉型光纤局放探测方法，其特征在于：所述的宽带光源(1)的频带宽度为40nm，且该宽带光源(1)的中心波长为1550nm，用于提供光信号。所述的基于微纳光纤耦合的马赫曾德干涉型光纤局放探测方法，其特征在于：所述的一号单模光纤(3-1)和二号单模光纤(3-2)纤芯直径为9μm，包层直径为125μm。所述的基于微纳光纤耦合的马赫曾德干涉型光纤局放探测方法，其特征在于：所述的局放产生的紫外光在实验中用可调节输出功率紫外灯代替。所述的基于微纳光纤耦合的马赫曾德干涉型光纤局放探测方法，其特征在于：所述的光谱仪具有20pm的最大分辨率。所述的基于微纳光纤耦合的马赫曾德干涉型光纤局放探测方法，其特征在于：所述的光纤耦合器(2)、微纳光纤耦合器(3)之间通过熔融的方式连接。所述的基于微纳光纤耦合的马赫曾德干涉型光纤局放探测方法的制作方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：(1)先对光纤进行预处理操作，即洗涤衬底：选择单模光纤及石英玻璃作为衬底，要把单模光纤的涂覆层进行处理，之后利用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗105-115s，而石英玻璃则先后使用浓盐酸、丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗8-9min，并放置在干燥箱中进行干燥；(2)再利用氢氧拉锥机先对其中一根单模光纤进行拉伸，然后再把预先拉伸的光纤和未拉伸的另一根单模光纤靠在一起同时进行拉伸，这样拉伸完成后便可实现两光纤的直径不同；(3)采用调整分光比的方法制作微纳光纤耦合器：通过与氢氧拉锥机连接的电脑修改两根光纤的分光比0.3:0.7进行拉锥；(4)采用水热法制备ZnO纳米棒材料：配置ZnO种子溶液：乙酸锌配置浓度为0.015M的无水乙醇溶液，氢氧化钠配成20mL的无水乙醇溶液，将乙酸锌无水乙醇溶液与氢氧化钠无水乙醇溶液一边搅拌，一边混合，即为种子溶液，混合之后倒入烧杯中，在磁力搅拌器下70℃水浴搅拌2h，搅拌至出现白色沉淀为止，封存起来放置18h，让大颗粒的混合颗粒通过重力作用沉至瓶底；用氦氖激光灯照射配好的溶液，来验证溶液是否配置成功；如照射出现丁达尔效应，则证明溶液呈现胶体状态，也说明了溶液配制成功；配置生长溶液：硝酸锌配置200ml浓度为0.015M的水溶液，六次甲基四胺配置200ml浓度为0.015M的水溶液，通过磁力搅拌将两种溶液均匀混合；(5)采用生长法在微纳光纤耦合器上涂覆ZnO纳米棒材料：先用胶头滴管从烧杯取种子溶液上层澄清液，滴至洗好的光纤、石英玻璃衬底上，使衬底表面沾满种子溶液，重复4-5次，再放至干燥箱中170℃退火25min，重复着种4-5次；再将着种的光纤、石英玻璃放至生长溶液中，密封并放在恒温干燥箱下95℃加热，恒温加热2.5h；最后将生长好的ZnO纳米棒的微纳光纤耦合器从生长溶液中取出，用去离子水超声清洗110s，再放入干燥箱中95℃干燥2.5h；将生长好的微纳光纤耦合器(3)与光纤耦合器(2)、光谱仪(4)连接，进而对微纳光纤耦合器(3)用紫外灯进行照射，完成局部探测试验。所述的基于微纳光纤耦合的马赫曾德干涉型光纤局放探测方法，其特征在于：对光纤进行预处理操作中石英玻璃放置在干燥箱中进行干燥时间为0.5小时。总体而言，按照本专利技术的基于微纳光纤耦合的马赫曾德干涉型光纤局放探测方法与现有技术相比较，主要具有以下优势：1.通过在微纳光纤耦合器传感单元中应用微纳结构，而且涂覆了ZnO纳米棒材料，可以有效提高紫外探测效果；2.该系统构造出马赫曾德传感结构，提高了传感单元的灵敏度及稳定性；3.按照本专利技术所构造的微纳耦合器紫外探测装置可以单纯用制作方法简单的滴涂法、水热法并用熔接机熔接即可制作完整系统，方便操作，简单易行，探测灵敏度高，成本低，适用于大批量生产制作。附图说明图1是基于微纳光纤耦合的马赫曾德干涉型光纤局放探测方法的整体构造示意图；图2是微纳光纤耦合器放大示意图。具体实施方式以下实施将结合附图对本专利技术作进一步的说明。图1是按照本专利技术的基于微纳光纤耦合的M-Z干涉型光纤局放探测方法的整体构造示意图。如图1所示按照本专利技术所构建的基于微纳光纤耦合的M-Z干涉型光纤局放探测方法主要包括依次连接的宽带光源(1)、光纤耦合器(2)、微纳光纤耦合器(3)、光谱仪(4)，其中：所述的微纳光纤耦合器(3)内包含一号单模光纤(3-1)、二号单模光纤(3-2)、ZnO纳米棒(3-3)，微纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于微纳光纤耦合的马赫曾德干涉型光纤局放探测方法，其特征在于，该方法组成的系统包括依次连接的宽带光源(1)、光纤耦合器(2)、微纳光纤耦合器(3)、光谱仪(4)，其中：/n所述的微纳光纤耦合器(3)内包含一号单模光纤(3-1)、二号单模光纤(3-2)、ZnO纳米棒(3-3)，微纳光纤耦合器(3)一端连接光纤耦合器(2)另一端连接光谱仪(4)，微纳光纤耦合器(3)作为接收局放产生的紫外光的传感单元，光纤耦合器(2)另一端连接宽带光源(1)；/n所述的微纳光纤耦合器(3)中包含的一号单模光纤(3-1)和二号单模光纤(3-2)分光比为0.3:0.7；/n所述的光纤耦合器(2)中包含的两个光纤之间分光比为0.3:0.7。/n

【技术特征摘要】
1.基于微纳光纤耦合的马赫曾德干涉型光纤局放探测方法，其特征在于，该方法组成的系统包括依次连接的宽带光源(1)、光纤耦合器(2)、微纳光纤耦合器(3)、光谱仪(4)，其中：
所述的微纳光纤耦合器(3)内包含一号单模光纤(3-1)、二号单模光纤(3-2)、ZnO纳米棒(3-3)，微纳光纤耦合器(3)一端连接光纤耦合器(2)另一端连接光谱仪(4)，微纳光纤耦合器(3)作为接收局放产生的紫外光的传感单元，光纤耦合器(2)另一端连接宽带光源(1)；
所述的微纳光纤耦合器(3)中包含的一号单模光纤(3-1)和二号单模光纤(3-2)分光比为0.3:0.7；
所述的光纤耦合器(2)中包含的两个光纤之间分光比为0.3:0.7。


2.根据权利要求1所述的基于微纳光纤耦合的马赫曾德干涉型光纤局放探测方法，其特征在于：所述的宽带光源(1)的频带宽度为40nm，且该宽带光源(1)的中心波长为1550nm，用于提供光信号。


3.根据权利要求1所述的基于微纳光纤耦合的马赫曾德干涉型光纤局放探测方法，其特征在于：所述的一号单模光纤(3-1)和二号单模光纤(3-2)纤芯直径为9μm，包层直径为125μm。


4.根据权利要求1所述的基于微纳光纤耦合的马赫曾德干涉型光纤局放探测方法，其特征在于：所述的局放产生的紫外光在实验中用可调节输出功率紫外灯代替。


5.根据权利要求1所述的基于微纳光纤耦合的马赫曾德干涉型光纤局放探测方法，其特征在于：所述的光谱仪具有20pm的最大分辨率。


6.根据权利要求1所述的基于微纳光纤耦合的马赫曾德干涉型光纤局放探测方法，其特征在于：所述的光纤耦合器(2)、微纳光纤耦合器(3)之间通过熔融的方式连接。


7.根据权利要求1所述的基于微纳光纤耦合的马赫曾德干涉型光纤局放探测方法的制作方法，其特征在于：
先对光纤进行预处理操作，即洗涤衬底：选择单模光纤及石英玻璃作为衬底，要把单模光纤的涂覆层进行处理，之后利用丙酮、无水乙醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯月，张大庆，唐明达，杨添宇，沈涛，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23