一种基于高双折射光子晶体光纤环镜的挥发性有机物传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于高双折射光子晶体光纤环镜的挥发性有机物传感器。高双折射光子晶体光纤的两端分别与两根单模光纤准直，中间保留微小的间隔，放置在气室中(气室经过特殊设计，带有准直系统和高低可调节的平台)，将两根单模光纤的另一端从气室中引出，并分别与3dB耦合器一侧的两个端口光连接，构成一个光纤环镜。3dB耦合器另一侧的两个端口分别与宽带光源和光谱仪光连接。本实用新型专利技术针对现有挥发性有机物传感技术中存在的制作复杂，成本较高，难于实现多次测量和微量检测的问题，提供了一种结构紧凑、可长期重复测量、灵敏度高的一种基于高双折射光子晶体光纤环镜的挥发性有机物传感器。（*该技术在2022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
，具体涉及一种基于高双折射光子晶体光纤环镜(Highly Birefringent Photonic Crystal Fiber LoopMirror, HiB1-PCF-FLM)的挥发性有机物传感器。
技术介绍
挥发性有机物(volatile organic compounds, VOCs)是最常见的一类空气污染物，通常指的是沸点在50 250°C，在常温常压下可以形成蒸气的有机物，主要包括苯系物、有机氯化物、氟利昂系列、有机酮类、醇类、胺、醚以及酯类等。VOCs具有毒性、刺激性以及致癌性，会严重破坏环境和人体健康。因此，发展灵敏、快速、准确测定空气中VOCs含量的方法是非常必要的。在现有的检测方法中，由于光纤的独特优点，例如体积小，损耗低，适于远程检测等，基于光纤的挥发性有机物检测越来越受到人们的重视。基于光纤的挥发性有机物检测方法种类很多，最常见的是基于光谱分析的方法，对待测气体的特征吸收谱线进行检测分析得到待测气体浓度。这种检测方法灵敏度高，响应快，但是常需要特殊的光源来匹配不同种类待测气体的吸收谱范围，因此成本高，限制了其应用范围。基于光纤光栅的挥发性有机物检测也有所报道，待测气体作用于光纤光栅外部，通过影响光纤光栅的纤芯、包层有效折射率引起谐振波长的漂移。但是光栅的刻写会对光纤造成损害，难以长期使用。针对上述问题，我们提出了一种基于高双折射光子晶体光纤环镜的挥发性有机物传感器。这种传感器结构紧凑，可长期重复测量，便于微量监测，灵敏度高，同时具有光子晶体光纤抗温度干扰的特性，可以很好的实现不同种类挥发性有机物的检测。专利
技术实现思路
本技术目的就是解决现有挥发性有机物传感技术中存在的检测成本高，难于实现长期重复测量和微量检测的问题，提供了一种结构紧凑、可长期重复测量、灵敏度高的一种基于高双折射光子晶体光纤环镜的挥发性有机物传感器。本技术为解决技术问题所采取的技术方案是:—种基于高双折射光子晶体光纤环镜的挥发性有机物传感器，包括宽带光源、3dB耦合器、单模光纤、高双折射光子晶体光纤、气室、光谱仪。高双折射光子晶体光纤的两端分别与两根单模光纤准直，中间保留微小的间隔，放置在气室中，将两根 单模光纤的另一端从气室中引出，并分别与3dB耦合器一侧的两个端口光连接，构成一个光纤环镜。3dB耦合器另一侧的两个端口分别与宽带光源和光谱仪光连接。气室经过特殊设计，带有准直系统和用来固定、调整高双折射光子晶体光纤高度的平台。光经3dB I禹合器作用，分为背向传输的两束光,两束光在高双折射光子晶体光纤中相向传输时，由于高双折射光子晶体光纤两个相互垂直的偏振态折射率不同，经过整个光纤环镜后，再次到达3dB耦合器并输出时，由于两束光存在光程差，会产生相位延迟δ，因此出射光在光谱仪上出现明显的干涉条纹。δ = 2 JI BL/λ其中:Β为高双折射光子晶体光纤两个互相垂直偏振态的折射率差，L为高双折射光子晶体光纤的长度，λ为入射光中心波长。当气室中挥发性有机物的浓度发生变化时，经过分子扩散运动进入高双折射光子晶体光纤空气孔中有机物的含量也随之改变，从而引起B的变化，光谱仪上的干涉条纹受到相位变化影响会发生漂移，漂移量与外界挥发性有机物的浓度相关。所以可以通过监测同一级次干涉条纹的漂移量实现挥发性有机物浓度的传感。本技术所具有的有益效果为:I以高双折射光子晶体光纤作为传感单元，会形成对相位变化非常敏感的干涉条纹，而相位与外界环境中易挥发有机物的浓度有关，所以本专利技术具有很高的灵敏度。2.高双折射光子晶体光纤包含大量空气孔，孔径在微米量级，便于实现挥发性有机物浓度的微量检测。3.高双折射光子晶体光纤具有光子晶体光纤对温度变化不敏感的特性，使得测量过程不受外界温度的影响，避免了温度对测量造成影响，提高测量精度。4.整个传感测量装置具有结构紧凑，可长期重复测量，便于微量监测，灵敏度高，可以很好的实现不同种类挥发性有机物的检测。附图说明图1为本技术的结构图；图2为本技术所使用的高双折射光子晶体光纤的横截面图。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，一种基于高双折射光子晶体光纤环镜的挥发性有机物传感器，包括宽带光源l、3dB耦合器2、单模光纤3、高双折射光子晶体光纤4、气室5、光谱仪6。高双折射光子晶体光纤4的两端分别与两根单模光纤3准直，中间保留微小的间隔，放置在气室5中，将两根单模光纤3的另一端从气室5中引出，并分别与3dB稱合器2 —侧的两个端口光连接，构成一个光纤环镜。3dB稱合器2另一侧的两个端口分别与宽带光源I和光谱仪6光连接。本实施方式的工作方式为:宽带光源发出的光经3dB f禹合器作用，分为背向传输的两束光，两束光在高双折射光子晶体光纤中相向传输时，由于高双折射光子晶体光纤两个相互垂直的偏振态折射率不同，经过整个光纤环镜后，再次到达3dB耦合器并输出时，会产生相位延迟S，因此出射光会发生干涉，在光谱仪上出现明显的干涉条纹。δ = 2 BL/ λ其中:Β为高双折射光子晶体光纤两个互相垂直偏振态的折射率差，L为高双折射光子晶体光纤的长度，λ为入射光中心波长。当气室中挥发性有机物的浓度发生变化时，经过分子扩散运动进入高双折射光子晶体光纤空气孔中有机物的含量也随之改变，从而引起B的变化，光谱仪上的干涉条纹受到相位变化影响会发生漂移，漂移量与外界挥发性有机物的浓度相关。所以可以通过监测同一级次干涉条纹的漂移量实现挥发性有机物浓度的传感，且精度较高。在本实例中所使用的高双折射光子晶体光纤，长度L为6.3cm,空气孔折射率η =I时两个互相垂直偏振态的折射率差B为8.95Χ10Λ入射光中心波长λ = 1550nm，选取谐振峰中心波长为1566.25nm处为测量点，记录对应不同体积分数的甲醇试剂时，该级次干涉峰所对应的谐振波长，其结果如表一。表一空气中甲醇体积分数和谐振波长的变化关系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于高双折射光子晶体光纤环镜的挥发性有机物传感器，包括宽带光源(1)、3dB耦合器(2)、单模光纤(3)、高双折射光子晶体光纤(4)、气室(5)、光谱仪(6)，其特征在于：高双折射光子晶体光纤(4)的两端分别与两根单模光纤(3)准直，中间保留微小的间隔，放置在气室(5)中，将两根单模光纤(3)的另一端从气室(5)中引出，并分别与3dB耦合器(2)一侧的两个端口光连接，构成一个光纤环镜，3dB耦合器(2)另一侧的两个端口分别与宽带光源(1)和光谱仪(6)光连接；?所述的气室经过特殊设计，带有准直系统和用来固定、调整高双折射光子晶体光纤高度的平台。

【技术特征摘要】
1.一种基于高双折射光子晶体光纤环镜的挥发性有机物传感器，包括宽带光源(I)、3dB耦合器(2)、单模光纤(3)、高双折射光子晶体光纤(4)、气室(5)、光谱仪￠)，其特征在于:高双折射光子晶体光纤(4)的两端分别与两根单模光纤(3)准直，中间保留微小的间隔，放置在气室(5)中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵春柳，姬崇轲，张晓彤，康娟，倪凯，金永兴，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：实用新型
国别省市：