本发明专利技术涉及光纤传感和物质检测。为提供一种多参量测量、灵敏度高的有源光子晶体光纤折射率传感器，本发明专利技术采用的技术方案是：有源光子晶体光纤折射率测量装置，结构为：激光二极管出射光经隔离器、波分复用器加载到光子晶体光纤一端，光子晶体光纤另一端连接光纤反射镜，波分复用器加载到光子晶体光纤一端还经可调谐光栅连接到光功率计，光子晶体光纤为双包层掺镱光子晶体光纤，激光二极管出射光作为泵浦光在中心部位掺镱的光子晶体光纤中泵浦产生激光，光纤反射镜和可调谐光栅构成激光谐振腔，待测液体填充在光纤包层的气孔中。本发明专利技术主要应用于物质折射率检测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤传感和物质检测，特别是折射率检测领域，具体讲涉及有源光子晶体光纤折射率传感器。
技术介绍
传感器技术已经成为当今世界令人瞩目、迅猛发展的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱。自从上世纪80年代低损耗光纤问世以来，光纤传感技术一直处于传感器技术发展的前沿，并与光纤通信技术一起成为光纤技术的两个重要领域。与传统的传感器相比，光纤传感器本身不带电，具有抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、本质安全、多参量测量(温度、应力、振动、位移、转动、电磁场、化学量和生物量等)、灵敏度高、质量轻、体积小、可嵌入(物体)等特点，容易组成光纤传感网络(本征型分布式光纤传感器本身就组成网络)并可接入因特网和无线网。光纤传感技术在国家安全、重大工程、生物医药等多个领域具有重大的社会需求和应用前景。比起普通光纤，光子晶体光纤(PCF)具有许多优良性质，例如设计灵活、无休止波段范围单模传输、大模面积、良好的色散和非线性等。目前，采用光子晶体光纤制作的传感器是传感器领域研究的一大热点，国内外众多院校及科研机构从各种不同效应，如倏逝波特征吸收、表面拉曼增强散射、表面等离子共振等出发对光子晶体光纤传感器展开了大量的研究工作，在生化物质检测、应力应变等方面都取得了许多可喜的研究成果。通常的光子晶体光纤传感器都是一个外接LED或LD等作为光源，光子晶体光纤作为传感元件或传光元件，而通过将外部传感器光源引入传感器内部利用一根掺杂PCF实现探测激光产生、信息传感及信号传输的的有源传感器的研究尚属空白。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，提供一种多参量测量、灵敏度高的有源光子晶体光纤折射率传感器。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是有源光子晶体光纤折射率测量装置，结构为激光二极管出射光经隔离器、波分复用器加载到光子晶体光纤一端，光子晶体光纤另一端连接光纤反射镜，波分复用器加载到光子晶体光纤一端还经可调谐光栅连接到光功率计，光子晶体光纤为双包层掺镱光子晶体光纤，激光二极管出射光作为泵浦光在中心部位掺镱的光子晶体光纤中泵浦产生激光，光纤反射镜和可调谐光栅构成激光谐振腔， 待测液体填充在光纤包层的气孔中。本专利技术可带来如下效果有源折射率传感系统不仅具有常规光纤及光子晶体光纤传感器的众多优良特性 (抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、本质安全、多参量测量、灵敏度高、质量轻、体积小、可嵌入和远距离检测等)外，并且由于有源传感系统将光源与传感器及其传输介质集合到一起，进一步增强了结构的紧凑性，并有很高的可靠性、稳定性和灵敏度。附图说明图1是掺光子晶体光纤纤芯和气孔包层横剖面图，掺杂浓度为0. 6%原子分数，待测物质填充于气孔中。图2是掺光子晶体光纤整体横剖面图。图3是有源光子晶体光纤折射率传感系统结构图。其中l、975nm激光二极管，2、 隔离器，3,975/1064波分复用器，4、掺光子晶体光纤，5、光纤反射镜，6、可调谐光纤光栅，7、功率计。图4光子晶体光纤限制损耗与所填充样品折射率的理论关系曲线。由图可见，样品折射率较高时，灵敏度非常高。图5有源光子晶体光纤折射率传感器输出功率与谐振腔损耗系数及可调谐光栅透射率的关系。图中，曲线1、2、3、4、5光栅反射率依次为0. 96,0. 80,0. 60,0. 40,0. 20。具体实施例方式有源光子晶体光纤传感系统是在光子晶体光纤纤芯中掺杂％3+、Nd3+等激活介质后，以LD作为泵浦源，以光子晶体光纤中产生的激光作为传感光源，将光源与传感器及其传输介质集合到一起，实现有源的光子晶体光纤传感。有源光子晶体光纤传感系统结构紧凑，并有很高的可靠性、稳定性和灵敏度，是新型传感系统，有巨大实用价值和创新意义。在光子晶体光纤中通过掺杂％3+、Nd3+等粒子后，采用合适的泵浦方式，将光源、 传感器及其传输介质三者有机结合在一起，通过一根PCF实现探测激光产生、信息传感及信号传输，以期获得高可靠性、稳定性和灵敏度的新型有源光子晶体光纤折射率传感系统。本专利技术目的在于提供一种双包层掺光子晶体光纤及基于此光纤的有源折射率传感器。本专利技术采用的技术方案如下目前各光子晶体光纤研制公司制作的有源光子晶体光纤主要用于设计激光器，不能直接用于传感，故首先设计一种用于高灵敏度有源折射率传感的双包层掺镱光子晶体光纤(图1)，待测液体填充在光纤包层的气孔中。泵浦光源 975nm激光二极管出射光经波分复用器加载到传感器光路中，作为泵浦光在掺光纤中泵浦产生lOeOnm激光，而光纤反射镜和可调谐光栅构成了激光谐振腔。产生的lOeOnm激光经可调谐光纤光栅输出至功率计，当掺光子晶体光纤气孔中填充的待测物质折射率有微小变化时，会引起探测光功率的明显变化，达到测量折射率的目的。本专利技术的有源折射率传感系统为全光纤光路设计，调试简单，尤其激光可以在谐振腔内反复振荡，多次通过待测样品，因此可以用非常紧凑的结构获得较高的灵敏度。下面结合附图对本传感系统进行进一步地描述。如图1所示，光子晶体光纤是在芯区掺的有源光纤，待测液体填充在光纤包层的气孔中。关于在包层孔中填充待测物质，常用毛细管吸附原理，为了加快填充速度，节约填充时间，可以采用真空泵或者注射器抽取。本传感器系统结构非常简单，泵浦光源975nm激光二极管出射光经波分复用器加载到传感器光路中，作为泵浦光，由光纤耦合器进入掺光纤泵浦产生lOeOnm激光，而光纤反射镜和可调谐光栅构成了激光谐振腔。产生的lOeOnm激光经可调谐光纤光栅输出至功率计，当掺％3+光子晶体光纤气孔中填充的待测物质折射率有微小变化时，会引起探测光功率的明显变化，达到测量折射率的目的。权利要求1. 一种有源光子晶体光纤折射率测量装置，其特征是，结构为激光二极管出射光经隔离器、波分复用器加载到光子晶体光纤一端，光子晶体光纤另一端连接光纤反射镜，波分复用器加载到光子晶体光纤一端还经可调谐光栅连接到光功率计，光子晶体光纤为双包层掺镱光子晶体光纤，激光二极管出射光作为泵浦光在中心部位掺镱的光子晶体光纤中泵浦产生激光，光纤反射镜和可调谐光栅构成激光谐振腔，待测液体填充在光纤包层的气孔中。全文摘要本专利技术涉及光纤传感和物质检测。为提供一种多参量测量、灵敏度高的有源光子晶体光纤折射率传感器，本专利技术采用的技术方案是有源光子晶体光纤折射率测量装置，结构为激光二极管出射光经隔离器、波分复用器加载到光子晶体光纤一端，光子晶体光纤另一端连接光纤反射镜，波分复用器加载到光子晶体光纤一端还经可调谐光栅连接到光功率计，光子晶体光纤为双包层掺镱光子晶体光纤，激光二极管出射光作为泵浦光在中心部位掺镱的光子晶体光纤中泵浦产生激光，光纤反射镜和可调谐光栅构成激光谐振腔，待测液体填充在光纤包层的气孔中。本专利技术主要应用于物质折射率检测。文档编号G01N21/41GK102353651SQ20111019004公开日2012年2月15日 申请日期2011年7月7日 优先权日2011年7月7日专利技术者伏祥勇, 周睿, 姚建铨, 王若琪, 陆颖 申请人:天津大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种有源光子晶体光纤折射率测量装置，其特征是，结构为：激光二极管出射光经隔离器、波分复用器加载到光子晶体光纤一端，光子晶体光纤另一端连接光纤反射镜，波分复用器加载到光子晶体光纤一端还经可调谐光栅连接到光功率计，光子晶体光纤为双包层掺镱光子晶体光纤，激光二极管出射光作为泵浦光在中心部位掺镱的光子晶体光纤中泵浦产生激光，光纤反射镜和可调谐光栅构成激光谐振腔，待测液体填充在光纤包层的气孔中。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陆颖，伏祥勇，周睿，王若琪，姚建铨，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12
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