基于强耦合多芯光纤的折射率传感器、传感方法及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种基于强耦合多芯光纤的折射率传感器、传感方法及制作方法，传感器包括宽带光源、入射光纤、去除涂覆层且包层被腐蚀到特定厚度的强耦合多芯光纤、出射光纤以及光谱分析仪；宽带光源与入射光纤的左端连接在一起，入射光纤右端中心与强耦合多芯光纤左端相连，强耦合多芯光纤右端与出射光纤左端相连，出射光纤右端与光谱分析仪连接；强耦合多芯光纤作为测量液体折射率特性的传感探头。本发明专利技术传感器制作简单，结构紧凑，在生化传感领域灵敏度有较大优势，控制多芯光纤直径可获得不同灵敏度的折射率传感器。不同灵敏度的折射率传感器。不同灵敏度的折射率传感器。

【技术实现步骤摘要】
基于强耦合多芯光纤的折射率传感器、传感方法及制作方法


[0001]本专利技术属于光纤折射率传感器
，具体涉及一种基于强耦合多芯光纤的折射率传感器、传感方法及制作方法。

技术介绍

[0002]新型生化检测技术也成为环境监测、临床检测、食品检测等领域的重要研究课题。液体折射率作为反映液体本质的重要物理参数，在生产实践中具有重要的作用，因此探索折射率的测量方法具有重要的意义和价值。光纤传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰、抗化学腐蚀、体积小、响应快等特点，因此在折射率传感领域的应用引起了人们的广泛兴趣，目前各种折射率传感器都得到了广泛的研究。例如，长周期光纤光栅、光纤微流器件和光纤马赫
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曾德尔干涉仪都被证明可以用于折射率传感。
[0003]近年来，多芯光纤由于在不同的纤芯中支持超模和光的多径，在许多传感应用领域引起了研究团队的广泛关注。例如，文献“All
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fiber multipath Mach
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Zehnder interferometer based on a four
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core fiber for sensing applications[J].(Li C,Ning T,Zhang C,et al.)Sensors and Actuators A:Physical,2016,248:148
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154.”利用拼接在两个标准单模光纤之间的四芯光纤开发了多芯马赫
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曾德尔干涉仪传感器，实现了在折射率范围为1.3388至1.3909的折射率灵敏度为91.3nm/RIU。这种传感器制造简单，但是灵敏度上限不高。
[0004]因此，行业内急需研究一种应用在生物应用范围，且具有高灵敏度的光纤折射率传感器。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种基于强耦合多芯光纤的折射率传感器、传感方法及制作方法。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]基于强耦合多芯光纤的折射率传感器，包括：宽带光源、入射光纤、去除涂覆层且包层被腐蚀到特定厚度的强耦合多芯光纤、出射光纤以及光谱分析仪；
[0008]宽带光源与入射光纤的左端连接在一起，入射光纤右端中心与强耦合多芯光纤左端相连，强耦合多芯光纤右端与出射光纤左端相连，出射光纤右端与光谱分析仪连接；
[0009]强耦合多芯光纤作为测量液体折射率特性的传感探头。
[0010]本专利技术还包括基于提供的折射率传感器的传感方法，包括以下步骤：
[0011]将折射率物质放入其他光折射率计完成定标；
[0012]将超模式干涉型折射率传感器放置在待测环境中，更换折射率样品，记录光谱分析仪中的各干涉光谱；
[0013]对比干涉光谱具体波段的波长漂移，获取定标数据中对应的折射率，进而得出待测环境中物质的折射率。
[0014]本专利技术还包括基于提供的折射率传感器的制作方法，包括以下步骤：
[0015]在强耦合多芯光纤与入射光纤及出射光纤的熔接点处裹上紫外胶；
[0016]将强耦合多芯光纤浸入盛有氢氟酸的矩形槽中，分别采用40％浓度和10％浓度的氢氟酸对多芯光纤进行腐蚀，通过控制腐蚀时间，将强耦合多芯光纤包层厚度分别腐蚀至30.1μm、28.2μm、26.5μm。
[0017]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
[0018]1、本专利技术传感器在加工过程中简单地将多芯光纤熔接在两端普通单模光纤之间就能够产生超模式干涉，仅需减小多芯光纤包层厚度使多芯光纤趋于裸露，可以获得较大倏逝场，通过控制不同包层厚度便可以控制倏逝场强度，同时通过控制周围纤芯的尺寸可以控制不同超级模式的耦合强度，从而得到不同性能的传感器，在生化传感检测方面具有较大潜力。
附图说明
[0019]图1是本专利技术折射率传感器结构示意图；
[0020]图2是强耦合多芯光纤截面图；
[0021]图3是本专利技术折射率传感器的传感方法流程图；
[0022]图4是本专利技术折射率传感器的制作方法流程图；
[0023]图5a是本专利技术的强耦合多芯光纤腐蚀至直径30.1μm后对应的光谱图；
[0024]图5b是本专利技术的强耦合多芯光纤腐蚀至直径28.2μm后对应的光谱图；
[0025]图5c是本专利技术的强耦合多芯光纤腐蚀至直径26.5μm后对应的光谱图；
[0026]图6是对应于强耦合多芯光纤腐蚀至不同直径下折射率变化对应的波长漂移图；
[0027]附图标号说明：1
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宽带光源；2
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入射光纤；3
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强耦合多芯光纤；4
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出射光纤；5
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光谱分析仪。
具体实施方式
[0028]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。
[0029]实施例
[0030]如图1所示，本专利技术，基于强耦合多芯光纤的折射率传感器，包括：
[0031]宽带光源1、入射光纤2、去除涂覆层且包层被腐蚀到特定厚度的强耦合多芯光纤3、出射光纤4以及光谱分析仪5；
[0032]宽带光源与入射光纤的左端连接在一起，入射光纤右端中心与强耦合多芯光纤左端相连，强耦合多芯光纤右端与出射光纤左端相连，出射光纤右端与光谱分析仪连接；强耦合多芯光纤作为测量液体折射率特性的传感探头。
[0033]强耦合多芯光纤包括N+1个纤芯；其中，中心芯直径为8～10μm，位于光纤中心位置，其余N个纤芯呈N边形均匀分布在中间纤芯周围，其纤芯直径为5～9μm，N为4～6，周围N个纤芯距离中心芯的间距为8～12μm。
[0034]本实施例中，强耦合多芯光纤具体包括6个纤芯；中心芯直径d1为8μm，其余5个纤芯呈五边形均匀分布在中间纤芯周围，其纤芯直径d2可为5～9μm，周围5个纤芯距离中心芯
的间距可为8～12μm。如图2所示，为强耦合多芯光纤截面图。强耦合多芯光纤具有特定长度(可为20～100mm)，特定长度为当测试光向多芯光纤耦合时，使得两个被激发超模式在多芯光纤输出端面处相干相加的长度；本实施例中，多芯光纤的长度为30mm。
[0035]本实施例中，宽带光源是中心波长为1550nm、带宽为100nm的宽带光源；入射光纤和出射光纤为标准单模光纤，单模光纤纤芯直径为8μm，包层直径为125μm。
[0036]入射光纤与强耦合多芯光纤为无偏心相连，强耦合多芯光纤与出射光纤为无偏心相连。
[0037]上述连接方式可以为熔接或者能将三段光纤连接的其他方式。
[0038]超模式干涉型折射率传感器工作时包括以下步骤：
[0039]宽带光源发出入射光波，在入射光纤传输时激发基模，当入射光纤的纤芯与强耦合多芯光纤的中间纤芯具有相同直径连接时，入射光纤传输的基模将在与强耦合多芯光纤连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于强耦合多芯光纤的折射率传感器，其特征在于，包括：宽带光源、入射光纤、去除涂覆层且包层被腐蚀到特定厚度的强耦合多芯光纤、出射光纤以及光谱分析仪；宽带光源与入射光纤的左端连接在一起，入射光纤右端中心与强耦合多芯光纤左端相连，强耦合多芯光纤右端与出射光纤左端相连，出射光纤右端与光谱分析仪连接；强耦合多芯光纤作为测量液体折射率特性的传感探头。2.根据权利要求1所述的基于强耦合多芯光纤的折射率传感器，其特征在于，强耦合多芯光纤具体包括N+1个纤芯；其中，中心芯直径为8～10μm，位于光纤中心位置，其余N个纤芯呈N边形均匀分布在中间纤芯周围，其纤芯直径为5～9μm，N为4～6，周围N个纤芯距离中心芯的间距为8～12μm，多芯光纤的长度为20～100mm。3.根据权利要求1所述的基于强耦合多芯光纤的折射率传感器，其特征在于，入射光纤和出射光纤为标准单模光纤，单模光纤纤芯直径为8μm，包层直径为125μm。4.根据权利要求1所述的基于强耦合多芯光纤的折射率传感器，其特征在于，入射光纤与强耦合多芯光纤为无偏心相连，强耦合多芯光纤与出射光纤为无偏心相连。5.根据权利要求2所述的基于强耦合多芯光纤的折射率传感器，其特征在于，强耦合多芯光纤具有特定长度，特定长度为当测试光向多芯光纤耦合时，使得两个被激发超模式在多芯光纤输出端面处相干相加的长度。6.根据权利要求5所述的基于强耦合多芯光纤的折射率传感器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢友航，陈昊，武创，李杰，关柏鸥，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：