一种双层联结型液芯反谐振光纤及其温度测量装置和方法制造方法及图纸

一种双层联结型液芯反谐振光纤及其温度测量装置和方法，属于光学与激光领域。该双层联结型液芯反谐振光纤，包括外包层，以及设置在外包层内的沿外包层内侧周向均布的6对以上的联结孔；联结孔的外层孔半径≥内层孔半径；在联结管内管形成的内层孔中，选择1

【技术实现步骤摘要】
一种双层联结型液芯反谐振光纤及其温度测量装置和方法


[0001]本专利技术涉及光学与激光
，具体涉及空芯微结构光纤和传感
，特别涉及一种双层联结型液芯反谐振光纤及其温度测量装置和方法。

技术介绍

[0002]随着技术发展，反谐振光纤已经成为了微结构光纤研究的前沿领域。反谐振光纤技术主要应用于激光传输、传感，相对于传统光纤技术，在传输方面具有传输损耗低、质量高、传输范围广，可以突破材质传输范围限制等特点，在传感方面由于其大空芯结构在气体和液体检测方面也有广阔的应用前景，而且反谐振光纤能大幅度提光纤陀螺仪的稳定性。
[0003]现有的利用光纤进行温度测量的装置，通常利用光热效应、SPR效应等方法，通过SPR效应法测温，是对SPR谐振峰定位的来测量温度，一般SPR效应法只有1
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2个谐振峰。工作波段受到限制，谐振强度有限。

技术实现思路

[0004]本专利技术利用液芯材料随温度折射率变化与反谐振光纤谐振原理，提供了特别涉及一种双层联结型液芯反谐振光纤及其温度测量装置和方法。该光纤具有双偏振项向上的各有3个以上的谐振峰，使其具有工作光谱宽，谐振强度高，测量灵敏度高的特点，可以应用于复杂和危险环境中，对于检测技术发展有重要的意义。
[0005]本专利技术的一种双层联结型液芯反谐振光纤，包括外包层，以及设置在外包层内的沿外包层内侧周向均布的6对以上的联结孔；
[0006]所述的联结孔为联结管外管和联结管内管形成孔的联结结构，联结管外管的外壁和外包层的内壁相切，联结管外管的外壁和联结管内管的外壁相切；联结管内管的中心位于联结管外管中心和双层联结型液芯反谐振光纤中心的连线上；联结管外管形成外层孔，联结管内管形成内层孔；其中，外层孔半径≥内层孔半径；
[0007]在联结管内管形成的内层孔中，选择1
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2个孔填充易产生SPR的材质，当为2个填充易产生SPR的材质的孔时，两个填充易产生SPR的材质的孔的中心连线和外包层的直径重合，所述的易产生SPR的材质为在输入波长能够产生SPR效应的材质，优选为金、银、石墨烯中的一种；
[0008]在外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的不规则区域填充液体作为液芯，填充液体受温度影响折射率改变范围的最大值小于光纤材质折射率，且与光纤材质折射率差大于0.05。
[0009]进一步的，联结管外管的壁厚和联结管内管的壁厚均根据外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的纤芯区域中填充液体且未填充易产生SPR的材质的反谐振光纤传输输入光的工作波段进行设置，具体设置关系式为：
[0010][0011]t
m
为该谐振阶数下的内管和外管的壁厚，单位为微米，λ为谐振波长，单位为1，m为谐振阶数，n1为液芯的折射率，n0为光纤材质的折射率；
[0012]采用该公式进行计算得到的该谐振阶数下的内管和外管的壁厚，能够保证光纤的工作波段和谐振波段不重合。
[0013]液体折射率公式为n为温度T时的折射率，n0为温度T0时的折射率，d
n
/d
T
为折射率温度系数，T为实际温度，T0为基础测试温度(通常为室温或20℃)；由公式可知液体折射率与温度直接关系，不同液体的折射率温度系数不同，温度敏感液体即折射率温度系数高的液体。温度使液芯折射率发生变化，进而导致SPR效应的谐振峰光谱发生偏移，这种位置偏移用于对温度的测量。
[0014]进一步的，双层联结型液芯反谐振光纤的光纤材质可以选择能够产生反谐振效果的材质，优选为石英玻璃、稀土掺杂玻璃、硫化物玻璃、碲化物玻璃中的一种。
[0015]进一步的，液芯的液体优选为折射率温度系数大的液体。
[0016]进一步的，内层孔填充易产生SPR的材质为满填充或填充一层，更优选为填充一层，层厚度优选为20nm
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400nm。
[0017]本专利技术的一种双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置，包括上述双层联结型液芯反谐振光纤，还包括光源、输入光纤、输出光纤和信号检测分析部件，输入光纤的一端和双层联结型液芯反谐振光纤的输入端连接，光源设置在输入光纤的另一端，输出光纤的一端和双层联结型液芯反谐振光纤的输出端连接，信号检测分析部件和输出光纤的另一端连接；
[0018]光源将其光入射到双层联结型液芯反谐振光纤；
[0019]信号检测分析部件用于检测双层联结型液芯反谐振光纤内产生的谐振峰偏移，并对谐振峰随温度的偏移量进行分析。
[0020]一种双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置，其双层联结型液芯反谐振光纤的传输带宽和温度检测范围，可以通过对液芯的液体、光纤材质、填充易产生SPR的材质进行调整。
[0021]当光纤材质为稀土掺杂玻璃、硫化物玻璃、碲化物玻璃中的一种，双芯液芯反谐振光纤能够应用传输中红外激光。
[0022]作为优选，所述的输入光纤为单模光纤，输出光纤为多模光纤。
[0023]所述的信号检测分析部件为光谱仪。
[0024]本专利技术的双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量方法，包括以下步骤：
[0025]步骤1：启动设备
[0026]开启双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置中的光源和信号检测分析部件，检查信号检测分析部件，确认光路导通；
[0027]步骤2：标定参数(初次使用)
[0028]将双层联结型液芯反谐振光纤放入恒温箱中，逐步调节温度从20℃至50℃，通过信号检测分析部件测定对应不同温度下的谐振峰波峰位置，拟合出温度与谐振峰波峰位置关系；
[0029]步骤3：检测
[0030](1)将双层联结型液芯反谐振光纤置于待测环境中；
[0031](2)通过信号检测分析部件测量谐振峰数据；
[0032](3)通过信号检测分析部件计算获得谐振峰波峰位置，通过谐振峰波峰位置，结合拟合的温度与谐振峰波峰位置关系，分析得到温度，达到定量测量。
[0033]所述的步骤2中，从20℃至50℃，间隔5
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10℃进行设置。
[0034]本专利技术的双层联结型液芯反谐振光纤的温度测量装置，其工作原理如下，在液芯折射率小于光纤材质折射率，并且二者折射率的差值大于0.05的情况下，在液芯通光时会发生SPR谐振效应。可以通过观察谐振峰位置对温度进行测量。
[0035]本专利技术的一种双层联结型液芯反谐振光纤及其温度测量装置和方法，相比于现有技术，其有益效果是：
[0036]可以通过不同液芯液体、光纤材质、填充材质设计不同的SPR反谐振传感光纤，可以通过不同液芯液体、光纤材质、填充材质设计不同温度的控制光纤，设计的双层联结型液芯反谐振光纤拥有非常好的双折射性能，加之联结型结构，使其能够在两个偏振方向上各产生了3个以上谐振峰即可产生6个以上的谐振峰。传统SPR光纤只能产生1
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2个谐振峰，致使传统光纤的工作光谱范围受到限制。本专利技术光纤产生的多谐振峰使光纤的工作光谱范围获本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双层联结型液芯反谐振光纤，其特征在于，该双层联结型液芯反谐振光纤包括外包层，以及设置在外包层内的沿外包层内侧周向均布的6对以上的联结孔；所述的联结孔为联结管外管和联结管内管形成孔的联结结构，联结管外管的外壁和外包层的内壁相切，联结管外管的外壁和联结管内管的外壁相切；联结管内管的中心位于联结管外管中心和双层联结型液芯反谐振光纤中心的连线上；联结管外管形成外层孔，联结管内管形成内层孔；其中，外层孔半径≥内层孔半径；在联结管内管形成的内层孔中，选择1
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2个孔填充易产生SPR的材质，当为2个填充易产生SPR的材质的孔时，两个填充易产生SPR的材质的孔的中心连线和外包层的直径重合；在外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的不规则区域填充液体作为液芯，填充液体受温度影响折射率改变范围的最大值小于光纤材质折射率，且与光纤材质折射率差大于0.05。2.根据权利要求1所述的双层联结型液芯反谐振光纤，其特征在于，所述的易产生SPR的材质为在输入波长能够产生SPR效应的材质；内层孔填充易产生SPR的材质为满填充或填充一层，当为填充一层时，层厚度为20nm
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400nm。3.根据权利要求2所述的双层联结型液芯反谐振光纤，其特征在于，易产生SPR的材质为金、银、石墨烯中的一种。4.根据权利要求1所述的双层联结型液芯反谐振光纤，其特征在于，联结管外管的壁厚和联结管内管的壁厚均根据外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的纤芯区域中填充液体且未填充易产生SPR的材质的反谐振光纤传输输入光的工作波段进行设置，具体设置关系式为：t
m
为该谐振阶数下的内管和外管的壁厚，单位为微米，λ为谐振波长，单位为1，m为谐振阶数，n1为液芯的折射率，n0为光纤材质的折射率。5.根据权利要求1所述的双层联结型液芯反谐振光纤，其特征在于，双层联结型液芯反谐振光纤的光纤材质为能够产生反谐振效果的材质。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：程同蕾，王启明，李曙光，闫欣，张学楠，王方，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：