非偏振干涉高灵敏度光子晶体光纤温度传感器，包括连接的一小段位于中段的灌入高热光系数液体的光子晶体光纤和两端单模光纤；高热光系数液体不与外界直接接触；所用的光子晶体光纤为固体芯和空气包层，高热光系数的液体密封在光子晶体光纤的空气包层内，长度为几毫米到几十毫米。制备方法是光纤温度传感器的输入输出导光利用普通单模光纤，单模光纤中间采用电弧方法熔接一小段灌入高热光系数液体的光子晶体光纤，高热光系数的液体密封在光子晶体光纤内，不与外界直接接触。本发明专利技术设计新颖，制备可行，在光纤传感等领域有广泛的应用前景。目前利用异丙醇获得的温度灵敏度为103.7pm/℃。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光电子
，具体涉及光纤传感器的研究与制备。更具体而言，是通过在光子晶体光纤中灌入高热光系数的液体，再与单模光纤进行熔接从而制备出高灵敏度的光子晶体光纤干涉型温度传感器。
技术介绍
光纤传感是20世纪70年代问世的一门新技术，它是以光作为信息载体，以光纤作为信息传输介质的一种传感技术。由于光纤传感器相对于传统传感器而言具有体积小重量轻，不受电磁干扰，高灵敏度等优点，因而自20世纪70年代低损耗光纤问世以来，它逐步成为新一代传感器的研发方向之一，展现出非常好的应用前景。近几年来，随着科技的进步和研究的深入，各式各样的光纤传感器(诸如温度，压力，应力，折射率，电流，电压，气体传感器等)不断被研制出来，由其是自物联网的概念提出以来，光纤传感更是成为一个热门的研究领域。光子晶体光纤是一种新型波导，与常规光纤相比，光子晶体光纤由于引进了微结构，因而具有独特的光学性质，它在应力，折射率传感等方面有很大的应用。不过由于光子晶体光纤是由单一材料构成并且其热光系数很小，所以它的温度灵敏度很低，一般情况下基于光子晶体光纤的非偏振干涉器件的温度灵敏度< 10pm/°C，不能用来制备温度传感器， 这在一定程度上也限制了光子晶体光纤的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种通过在光子晶体光纤中灌入高热光系数液体再与单模光纤进行熔接从而制备出高温度灵敏度的光子晶体光纤传感器及制备方法。本专利技术的技术方案是非偏振干涉高灵敏度光子晶体光纤温度传感器，包括连接的一小段位于中段的灌入高热光系数液体的光子晶体光纤和两端单模光纤；高热光系数的液体不与外界直接接触。所用的光子晶体光纤为固体芯和空气包层，高热光系数的液体密封在光子晶体光纤的空气包层内，长度一般为几毫米到几十毫米。光在从单模光纤到光子晶体光纤会发生模式的转变，形成芯模和包层模传播，在从光子晶体光纤到单模光纤时模式又都转变成芯模，最终形成双光束或者多光束干涉效应。非偏振干涉高灵敏度光子晶体光纤温度传感器采用高热光系数的液体，高热光系数的液体一般采用有机溶剂，包括异丙醇、正丁醇、丙三醇等醇类，还可以是酮类或芳烃类、 有机酸等，热光系数可正可负，只要远大于二氧化硅的热光系数，所以该光纤传感器的温度灵敏度相比普通光子晶体光纤传感器的温度灵敏度提高了很多。非偏振干涉高灵敏度光子晶体光纤温度传感器的制备方法，输入输出导光利用普通单模光纤，单模光纤中间采用电弧方法熔接一小段灌入高热光系数液体的光子晶体光纤，高热光系数的液体密封在光子晶体光纤内，不与外界直接接触。非偏振干涉高灵敏度光子晶体光纤温度传感器可作为传输型传感器，或作为反射型温度传感器，反射型温度传感器的结构是将一端的光纤切平作为发射面，或者增加一个反射型器件。所用的光子晶体光纤一般为固体芯，空气包层，也可以使用空心光子晶体光纤，长度一般为几毫米到几十毫米。非偏振干涉高灵敏度光子晶体光纤温度传感器的制备时，用到的仪器设备包括宽带光源，光谱分析仪，光纤熔接机，光纤切割刀，热台，温度计。光子晶体光纤与单模光纤熔接前先用光纤切割刀将光纤端面切平，再灌入高热光系数的液体，然后通过调节光纤熔接机的参数进行熔接以保证有一定对比度的同时损耗较小。由于液体热光系数远大于二氧化硅光纤的热光系数，因此该传感器的温度灵敏度相比普通干涉型光子晶体光纤传感器温度灵敏度提高了很多。该温度传感器光路特征为如附图说明图1所示，从宽带光源发出的光通过一段单模光纤， 再通过灌入高热光系数液体如异丙醇的光子晶体光纤，最后通过另一段单模光纤被光谱分析仪所接收。其中为避免光子晶体光纤弯曲而导致的损耗，故先将光纤伸直并在单模光纤两端用夹具固定好。光子晶体光纤一段置于一个热台上，并将一个温度计的探头紧靠光子晶体光纤放置(但不接触)从而更准确的测量光子晶体光纤实时的温度，最后通过调节热台的温度进行温度传感测量。如图2所示，光在从单模光纤到光子晶体光纤会发生模式的转变，形成芯模和包层模传播，在从光子晶体光纤到单模光纤时模式又都转变成芯模，最终形成双光束或者多光束干涉效应。权利要求1.非偏振干涉高灵敏度光子晶体光纤温度传感器，其特征是包括连接的一小段位于中段的灌入高热光系数液体的光子晶体光纤和两端单模光纤；高热光系数液体不与外界直接接触；所用的光子晶体光纤为固体芯和空气包层，高热光系数的液体密封在光子晶体光纤的空气包层内，长度为几毫米到几十毫米。2.根据权利要求1所述的基于非偏振干涉高灵敏度光子晶体光纤温度传感器，其特征是采用高热光系数的液体为有机溶剂，包括异丙醇、正丁醇、丙三醇等醇类、酮类、芳烃类或有机酸，热光系数可正可负，有机溶剂热光系数远大于二氧化硅的热光系数。3.根据权利要求1所述的基于非偏振干涉高灵敏度光子晶体光纤温度传感器，其特征是采用高热光系数的有机溶剂，热光系数大于二氧化硅热光系数10倍以上。4.根据权利要求1或2所述的基于非偏振干涉高灵敏度光子晶体光纤温度传感器，其特征是光子晶体光纤温度传感器可作为传输型传感器，或作为反射型温度传感器，反射型温度传感器的结构是将一端的光纤切平作为发射面，或者增加一个反射型器件。5.非偏振干涉高灵敏度光子晶体光纤温度传感器的制备方法，其特征是光纤温度传感器的输入输出导光利用普通单模光纤，单模光纤中间采用电弧方法熔接一小段灌入高热光系数液体的光子晶体光纤，高热光系数的液体密封在光子晶体光纤内，不与外界直接接触。6.根据权利要求5所述的非偏振干涉高灵敏度光子晶体光纤温度传感器的制备方法， 其特征是所用的光子晶体光纤为固体芯，空气包层，或使用空心光子晶体光纤。7.根据权利要求5所述的非偏振干涉高灵敏度光子晶体光纤温度传感器的制备方法， 其特征是光子晶体光纤长度一般为几毫米到几十毫米。8.根据权利要求5所述的非偏振干涉高灵敏度光子晶体光纤温度传感器的制备方法， 其特征是光子晶体光纤与单模光纤熔接前先用光纤切割刀将光纤端面切平，再灌入高热光系数的液体，然后通过调节光纤熔接机的参数进行熔接。全文摘要非偏振干涉高灵敏度光子晶体光纤温度传感器，包括连接的一小段位于中段的灌入高热光系数液体的光子晶体光纤和两端单模光纤；高热光系数液体不与外界直接接触；所用的光子晶体光纤为固体芯和空气包层，高热光系数的液体密封在光子晶体光纤的空气包层内，长度为几毫米到几十毫米。制备方法是光纤温度传感器的输入输出导光利用普通单模光纤，单模光纤中间采用电弧方法熔接一小段灌入高热光系数液体的光子晶体光纤，高热光系数的液体密封在光子晶体光纤内，不与外界直接接触。本专利技术设计新颖，制备可行，在光纤传感等领域有广泛的应用前景。目前利用异丙醇获得的温度灵敏度为103.7pm/℃。文档编号G02B6/02GK102419221SQ20111026342公开日2012年4月18日 申请日期2011年9月7日 优先权日2011年9月7日专利技术者徐飞, 胡伟, 邱孙杰, 陆延青 申请人:南京大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐飞，邱孙杰，陆延青，胡伟，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
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