一种基于单孔微结构光纤集成的长周期光栅微流控器件制造技术

本发明专利技术公开了一种基于单孔微结构光纤集成的长周期光栅微流控器件，属于光纤光栅传感技术领域，其特征为：由超连续谱光源(1)、单孔微结构光纤集成的长周期光栅微流传感单元(2)、光谱分析仪(3)依次串联，并将微流泵(4)和废液池(5)通过腐蚀单模光纤(7)和腐蚀单模光纤(9)与传感器相连。该传感器因单孔微结构光纤具有的几何特性非常适用于微流式传感器，并且利用腐蚀单模光纤作为进出液口，使微流式传感器具有实时测量的功能。光纤光栅传感技术比一般的光纤传感技术具备波长编码的数字式传感、使用可靠性高、寿命长、能进行长期安全监测的优势。在药品合成、环境保护、生化监测领域有广阔的应用前景。广阔的应用前景。广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单孔微结构光纤集成的长周期光栅微流控器件


[0001]本专利技术属于光纤光栅传感器
，具体涉及一种基于单孔微结构光纤集成的长周期光栅微流控器件。

技术介绍

[0002]传感技术同计算机技术与通信一起被称为信息技术的三大支柱。从物联网角度看，传感技术是衡量一个国家信息化程度的重要标志。获取信息靠各类传感器，它们有各种物理量、化学量或生物量的传感器。按照信息论的凸性定理，传感器的功能与品质决定了传感系统获取自然信息的信息量和信息质量，是高品质传感技术系统的构造第一个关键。信息处理包括信号的预处理、后置处理、特征提取与选择等。它包含了众多的技术、被众多的产业广泛采用。它也是现代科学技术发展的基础条件，应该受到足够地重视。其中光纤工作频带宽，动态范围大，适合于遥测遥控，是一种优良的低损耗传输线；在一定条件下，光纤特别容易接受被测量或场的加载，是一种优良的敏感元件；光纤本身不带电，体积小，质量轻，易弯曲，抗电磁干扰，抗辐射性能好，特别适合于易燃、易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下使用。因此，光纤传感技术一问世就受到极大重视，几乎在各个领域得到研究与应用，成为传感技术的先导，推动着传感技术蓬勃发展。在光纤传感器领域，光纤光栅传感器的应用前景十分广阔。光纤光栅是利用光纤中的光敏性制成的。所谓光纤中的光敏性是指激光通过掺杂光纤时，光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应变化的特性。而在纤芯内形成的空间相位光栅，其实质就是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。目前的光纤光栅传感器还不能实现大范围、高精度、快速实时测量，本专利技术是利用光纤光栅与微结构光纤结合实现微流控传感，开发出小型化、可靠且灵敏的传感器。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在解决
技术介绍
中存在的问题，提供了一种基于单孔微结构光纤集成的长周期光栅微流控器件，实现大范围、高灵敏的光纤内部微流体检测。一种基于单孔微结构光纤集成的长周期光栅微流控器件，由超连续谱光源(1)、单孔微结构光纤集成的长周期光栅微流传感单元(2)、光谱分析仪(3)依次串联，并将微流泵(4)和废液池(5)通过腐蚀单模光纤(7)和腐蚀单模光纤(9)与传感器相连。
[0004]为实现上述技术目的所采用的技术方案为：
[0005]进一步的，所述的单孔微结构光纤集成的长周期光栅微流传感单元由单模光纤熔接腐蚀单模光纤熔接封装好的单孔微结构光纤光栅熔接腐蚀单模光纤熔接单模光纤组成。
[0006]进一步的，所述的腐蚀单模光纤是由单模光纤垂直插入氢氟酸溶液中一定时间，对腐蚀好的单模光纤进行后处理，可得到单模光纤包层直径为50微米。
[0007]进一步的，所述的单孔微结构光纤光栅是由二氧化碳激光器在单孔微结构光纤上写入。单孔微结构光纤的长度为5厘米，二氧化碳激光器写入光栅的参数设置为：光栅周期Λ＝480微米，光栅周期数N＝50。
[0008]进一步的，所述的封装好的单孔微结构光纤光栅利用石英毛细管套在已经打好的单孔微结构光纤光栅的位置，石英毛细管的长度为4厘米，并且石英毛细管两端用紫外胶封死。
[0009]进一步的，所述的单孔微结构光纤集成的长周期光栅微流传感单元的熔接过程中利用光纤熔接机和光纤在线微加工平台。
[0010]进一步的，所述单模光纤包层直径为125微米，纤芯直径为8.2微米，所述腐蚀单模光纤包层直径为60微米，纤芯直径为8.2微米，所述单孔微结构光纤包层直径为125微米，纤芯直径为9.2微米，空气孔直径为36微米，所述石英毛细管外径为250微米，内径为125微米。
[0011]一种基于单孔微结构光纤集成的长周期光栅微流控器件的检测方法，将超连续谱光源(1)、单孔微结构光纤集成的长周期光栅微流传感单元(2)、光谱分析仪(3)依次串联，并将微流泵(4)和废液池(5)分别通过腐蚀单模光纤(7)和腐蚀单模光纤(9)与传感器相连。
[0012]本专利技术相比现有技术具有以下优点：
[0013]微结构光纤由于其设计结构的特殊性使得其表现出多样的传导模式，从而使在具有光敏性的纤芯上写制的长周期光栅表现出独特的光谱特性。特别对于具有大空气孔尺寸的微结构光纤，它的低阶包层模式被限制在内硅层中传导，为研究包层模式的性质提供了一种新的途径。本专利技术使用腐蚀单模光纤作为进出液口，单孔微结构光纤作为微流体检测通道，将微流体材料和微结构光纤集成在一个光学系统中，既保留了光学传感器的高灵敏特性，又结合了微流系统样品消耗量低的优点，对于包层具有大空气孔结构的微结构光纤光栅，在空气空中填充液体材料，可以得到大范围的波长调谐，在可调谐光电器件和光衰减器等方面存在一定的应用潜力。并且光纤光栅传感技术还有一些明显优于其它光纤传感技术的特点：波长编码的数字式传感、使用可靠性高、寿命长、能进行长期安全监测。光纤光栅传感技术探测的是光束的波长，是一种波长检测的数字式传感，而波长在光束的传输过程中不受光源起伏、光纤弯曲损耗、连接损耗和探测器老化等因素的影响，另一方面，这项技术也避免了一般干涉型传感器中相位测量的不清晰和对固有参考点的需要。
附图说明
[0014]图1为本专利技术提供的基于单孔微结构光纤集成的长周期光栅微流控器件折射率检测装置图。
[0015]图2为本专利技术提供的基于单孔微结构光纤集成的长周期光栅微流控器件结构示意图。
具体实施方式
[0016]下面结合附图及具体实施方式对本专利技术进行进一步的说明。
[0017]实施例1
[0018]本实例是利用一种基于基于单孔微结构光纤集成的长周期光栅微流控器件进行液体折射率的测量。本专利技术的工作原理是：长周期光纤光栅是一种对光纤折射率进行周期性调制的传感器。这种光栅结构的周期达到数百微米，由于调制引起了纤芯模和包层模之间的光耦合，包层模不能完全束缚住前向传输的光能，所以在透射光谱中可以引发一系列的共振带，这些包层模式对外界环境变化非常敏感，当外界环境改变时，包层模的有效折射
率也会改变，在输出频谱中可以观察到包层模共振带的变化。长周期光纤光栅耦合满足的相位匹配条件为：
[0019]λ
res
＝(n
coeff
‑
n
cl，meff
)Λ
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0020]其中，λ
res
为谐振波长，n
coeff
为纤芯基模有效折射率，n
cl，meff
为m阶包层有效折射率，Λ为长周期光纤光栅的光栅周期。纤芯基模的有效折射率只与纤芯折射率、包层折射率、纤芯半径有关，与包层半径和外界折射率无关，而包层模的有效折射率不仅与纤芯、包层的折射率有关，还与包层半径、包层外环境的折射率有关，包层有效折射率与外界折射率存在一定的非线性关系，这就是长周期光纤光栅具有折射率传感特性的原因。
[0021]当传感器通入待测溶液时，n
cl，meff
将受到周围待测溶液折射率的影响。对公式(1)求导，得到传感器的灵敏度表达式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单孔微结构光纤集成的长周期光栅微流控器件，属于光纤光栅传感技术领域，其特征为：由超连续谱光源(1)、单孔微结构光纤集成的长周期光栅微流传感单元(2)、光谱分析仪(3)、微流泵(4)、废液池(5)组成。2.根据权利要求1所述的一种基于单孔微结构光纤集成的长周期光栅微流控器件，其特征在于，所述的单孔微结构光纤集成的长周期光栅微流传感单元(2)由单模光纤(6)熔接腐蚀单模光纤(7)熔接封装好的单孔微结构光纤光栅(8)熔接腐蚀单模光纤(9)熔接单模光纤(10)组成。基于孔微结构光纤集成的长周期光栅微流传感单元(2)通过腐蚀单模光纤(7)和腐蚀单模光纤(9)分别与微流泵(4)和废液池(5)相连，通过微流泵(4)向传感器内匀速泵入折射率匹配液进行表征。3.根据权利要求2所述的一种基于单孔微结构光纤集成的长周期光栅微流控器件，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴继旋，李叶，张诚，白华，江洋，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：