一种基于光纤布拉格光栅的折射率传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于光纤布拉格光栅的折射率传感器。现有折射率传感器对敏感度低、测量精度不高。一种基于光纤布拉格光栅的折射率传感器包括宽带光源、３－ｄＢ光纤耦合器、经腐蚀后的光纤布拉格光栅和光谱仪；经腐蚀后的光纤布拉格光栅是指由被氢氟酸腐蚀掉包层的光纤布拉格光栅。３－ｄＢ光纤耦合器一边的两个端口分别与宽带光源和光谱仪进行光纤连接，３－ｄＢ光纤耦合器另一边的端口与经氢氟酸腐蚀后的光纤布拉格光栅一端进行光纤连接。经腐蚀后的光纤布拉格光栅完全置于由烧杯盛装的待测化学溶液中。本实用新型专利技术结构简单，对化学溶液浓度变化的灵敏度提高，可以应用于各类实际工程中。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于光纤传感
，具体涉及一种基于光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)的折射率传感器。
技术介绍
自1978年K. 0. Hill等人首次报道了用氩离子激光器在锗硅光纤上用驻波持续曝 光制作成第一个光纤光栅——光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)以来，光纤布 拉格光栅的研究和应用引起了人们的关注。其中在传感领域中FBG具有十分广泛的应用， 基于FBG的传感器是通过外界参量对其布拉格中心波长的调制来获取信息，是一种波长调 制型光纤传感器，主要用于对应力、应变、温度、浓度、载荷和弯曲度等物理量的传感测量。 基于FBG的传感器可以避免电磁场的干扰，并且能够远距离传输信号而无需额外的信号放 大装置，测量精度高。此外，基于FBG可以开发多种物理量的传感器，从而可实现同一传感 系统和仪器多物理量的测量，充分发挥FBG传感系统测点多、测量信息大的优点，这在工程 应用中具有特殊的实际价值。在化学和生物传感器中，折射率传感器占有重要的地位。它通过测量折射率的变 化来确定物质的化学成分和含量，所以在工业生产、环境监测等方面有重要应用意义。目前 已经提出基于长周期光纤光栅(long-period fiber grating，LPTO)的折射率传感器。由于 LPFG具有对外折射率变化十分敏感的特性，所以在作为折射率传感器方面得到了广泛的研 究和应用。但是它的多峰值、带宽大和只能采用传输谱探测的工作方式限制了它的测量精 度和复用能力。在一般的光纤布拉格光栅中，只产生芯模和芯模之间的耦合，由于包层的存 在，它的谐振波长对外折射率的变化不敏感。如果除去包层，光纤布拉格光栅的有效折射率 会受外折射率的影响，光栅的布拉格波长会产生移动。可以采用氢氟酸腐蚀标准，对光纤布 拉格光栅包层进行腐蚀，从而实现对外界环境折射率的传感。
技术实现思路
本技术目的是针对现有折射率传感器对敏感度低、测量精度不高等缺点，提 供了一种灵敏度高、测量精度高、结构简单的基于光纤布拉格光栅的折射率传感器。本技术为解决技术问题所采取的技术方案一种基于光纤布拉格光栅的折射率传感器包括宽带光源、3-dB光纤耦合器、经腐 蚀后的光纤布拉格光栅和光谱仪；经腐蚀后的光纤布拉格光栅是指由被氢氟酸腐蚀掉包层 的光纤布拉格光栅。3-dB光纤耦合器一边的两个端口分别与宽带光源和光谱仪进行光纤连接，3-dB 光纤耦合器另一边的端口与经氢氟酸腐蚀后的光纤布拉格光栅一端进行光纤连接。经腐蚀 后的光纤布拉格光栅完全置于由烧杯盛装的待测化学溶液中。本技术所具有的优点利用经氢氟酸腐蚀后的光纤布拉格光栅对外界折射率 的敏感度，使得本技术对化学溶液浓度变化的灵敏度提高，从而提高了测量精度。另外本技术具有结构简单，腐蚀后的光栅具有更好的机械强度，不易断裂以及光谱带宽小， 分辨率高的优点，大大增强了传感器的实用性，可以应用于各类实际工程中。附图说明图1为本技术的的结构图。具体实施方式以下结合附图对本技术进一步描述。如图1所示，一种基于光纤布拉格光栅的折射率传感器包括宽带光源1、3-dB光纤 耦合器2、经腐蚀后的光纤布拉格光栅3和光谱仪4 ；经腐蚀后的光纤布拉格光栅3是指由 被氢氟酸腐蚀掉包层的光纤布拉格光栅。3-dB光纤耦合器2 —边的两个端口分别与宽带光源1和光谱仪4进行光纤连接， 3-dB光纤耦合器2另一边的端口与经氢氟酸腐蚀后的光纤布拉格光栅3 —端进行光纤连 接。经腐蚀后的光纤布拉格光栅3完全置于由烧杯6盛装的待测化学溶液5中。本技术基于以下原理由于在腐蚀掉包层后，光纤只是波导结果的弱微扰。在 倏逝波的作用下，光纤的有效折射率与溶液的折射率存在一定的依赖关系。所以当溶液的 折射率发生变化时，光纤的有效折射率发生变化。由λ =2neffA (Λ是布拉格光栅的周期， neff使芯模的有效折射率)中布拉格波长和有效折射率的关系可知，当光纤有效折射率发 生变化时，布拉格波长也会变化。所以可以利用布拉格波长的移动反映折射率的大小。本技术装置的工作方式为宽带光源发出的光进入经氢氟酸腐蚀后的FBG， 经氢氟酸腐蚀后的FBG与化学溶液接触。通过光谱仪监测经过FBG反射光谱，当溶液折射 率变化时布拉格波长发生移动。该技术正是通过布拉格波长的移动量来检测化学溶液 折射率的变化，实现对化学溶液折射率的传感。权利要求一种基于光纤布拉格光栅的折射率传感器包括宽带光源、3 dB光纤耦合器、经腐蚀后的光纤布拉格光栅和光谱仪；经腐蚀后的光纤布拉格光栅是指由被氢氟酸腐蚀掉包层的光纤布拉格光栅;3 dB光纤耦合器一边的两个端口分别与宽带光源和光谱仪进行光纤连接，3 dB光纤耦合器另一边的端口与经氢氟酸腐蚀后的光纤布拉格光栅一端进行光纤连接;经腐蚀后的光纤布拉格光栅完全置于由烧杯盛装的待测化学溶液中。专利摘要本技术涉及一种基于光纤布拉格光栅的折射率传感器。现有折射率传感器对敏感度低、测量精度不高。一种基于光纤布拉格光栅的折射率传感器包括宽带光源、3-dB光纤耦合器、经腐蚀后的光纤布拉格光栅和光谱仪；经腐蚀后的光纤布拉格光栅是指由被氢氟酸腐蚀掉包层的光纤布拉格光栅。3-dB光纤耦合器一边的两个端口分别与宽带光源和光谱仪进行光纤连接，3-dB光纤耦合器另一边的端口与经氢氟酸腐蚀后的光纤布拉格光栅一端进行光纤连接。经腐蚀后的光纤布拉格光栅完全置于由烧杯盛装的待测化学溶液中。本技术结构简单，对化学溶液浓度变化的灵敏度提高，可以应用于各类实际工程中。文档编号G01N21/41GK201740734SQ201020256618公开日2011年2月9日 申请日期2010年7月9日 优先权日2010年7月9日专利技术者李岚, 李涛, 赵宇, 钱文文 申请人:钱文文本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光纤布拉格光栅的折射率传感器包括宽带光源、３－ｄＢ光纤耦合器、经腐蚀后的光纤布拉格光栅和光谱仪；经腐蚀后的光纤布拉格光栅是指由被氢氟酸腐蚀掉包层的光纤布拉格光栅；３－ｄＢ光纤耦合器一边的两个端口分别与宽带光源和光谱仪进行光纤连接，３－ｄＢ光纤耦合器另一边的端口与经氢氟酸腐蚀后的光纤布拉格光栅一端进行光纤连接；经腐蚀后的光纤布拉格光栅完全置于由烧杯盛装的待测化学溶液中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钱文文，李岚，李涛，赵宇，
申请(专利权)人：钱文文，
类型：实用新型
国别省市：86[中国|杭州]