一种基于去芯侧边抛磨光纤的折射率监测装置及方法与流程

本发明涉及折射率传感器制造领域，具体涉及一种基于去芯侧边抛磨光纤的折射率监测装置及方法。

背景技术：

侧边抛磨光纤折射率传感器以其体积小，灵敏度高，成本低，抗电磁干扰等优点，在光纤传感和光纤通信领域得到广泛的应用。

在折射率传感以及生化传感等领域，侧边抛磨光纤实现了倏逝场与外界环境的相互作用，另一方面，侧边抛磨光纤的平坦区为生物化学等材料的涂覆提供了一个良好的平台。因此，侧边抛磨光纤也成为了生物化学以及环境监测等领域的研究热点。

传统的侧边抛磨光纤利用倏逝场与外界环境的相互作用来调制光纤的透过率，通过透过率的改变来监测外界环境的折射率。因此，光源的稳定性和耦合器件的耦合效率会对传感器的传感特性造成很大的影响。所以，实验中通常引入一个对照组来排除光源功率不稳定和耦合效率不稳定对监测结果造成的影响。然而，参照组的引入不仅仅提高了实验操作的难度和监测装置的复杂性，还提高了实验成本。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有技术的缺陷，提供一种能够提高监测精度且无需设置对照组、降低了操作难度、监测装置的复杂性以及实验成本的基于去芯侧边抛磨光纤的折射率监测装置，采用的技术方案如下：

一种基于去芯侧边抛磨光纤的折射率监测装置，包括通过单模通信光纤依次连接的宽谱光源、去芯侧边抛磨光纤和光频谱分析仪，所述去芯侧边抛磨光纤的抛磨区由单模通信光纤经侧边抛磨而成，依次包括第一纤芯完整区、第一抛磨过渡区、抛磨平坦区和第二抛磨过渡区和第二纤芯完整区，所述抛磨过渡区是将单模通信光纤的光纤纤芯部分抛磨掉形成的，所述抛磨平坦区是将单模通信光纤的光纤纤芯全部抛磨掉形成的，监测过程中将去芯侧边抛磨光纤作为传感头浸入待测介质中。

监测过程中，将去芯侧边抛磨光纤作为传感头浸入待测介质中，通过光频谱分析仪对去芯侧边抛磨光纤的透射谱进行监测，去芯侧边抛磨光纤的透射谱中由于多模干涉而形成吸收峰，当折射率增大时，吸收峰向长波方向移动，且波长越长的吸收峰的移动量越大，对折射率变化的灵敏度越高。

本发明的另一目的是解决现有技术的缺陷，提供一种能够提高监测精度且无需设置对照组、降低了操作难度、监测装置的复杂性以及实验成本的基于去芯侧边抛磨光纤的折射率监测方法，采用的技术方案如下：

一种基于去芯侧边抛磨光纤的折射率监测方法，包括以下步骤：

将去芯侧边抛磨光纤放入待测介质中；

打开宽谱光源，使其发出信号；

使宽谱光源发出的信号入射去芯侧边抛磨光纤，并使信号在去芯侧边抛磨光纤中发生多模干涉；

利用光谱分析仪监测去芯侧边抛磨光纤的透射谱中由多模干涉形成的吸收峰的中心的波长的变化来监测折射率的变化。

作为优选，所述去芯侧边抛磨光纤依次包括第一纤芯完整区、第一抛磨过渡区、抛磨平坦区和第二抛磨过渡区和第二纤芯完整区，所述抛磨过渡区是将单模通信光纤的光纤纤芯部分抛磨掉形成的，所述抛磨平坦区是将单模通信光纤的光纤纤芯全部抛磨掉形成的，在第一抛磨过渡区的抛磨面激发抛磨平坦区的多阶模式，发生多模干涉。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明利用透过谱中由多模干涉形成的吸收峰对外界环境的响应来监测环境折射率，避免了光源功率不稳定和耦合功率不稳定对监测结果的影响，提高了监测精度，且无需设置对照组，降低了操作难度、监测装置的复杂性以及实验成本。

2、本发明采用的去芯侧边抛磨光纤，是对标准单模光纤进行侧边抛磨加工得到的。制作成本低，且与光纤设备和光纤通信系统兼容。

3、本发明采用的去芯侧边抛磨光纤，其抛磨平坦区为生物化学等材料的涂覆提供了一个良好的平台，使得基于该结构的生物化学传感器的制备简单可行。

附图说明

图1是本发明实施例的监测装置的结构示意图；

图2是本发明实施例的去芯侧边抛磨光纤的结构示意图；

图3是本发明实施例的去芯侧边抛磨光纤的俯视图；

图4是本发明实施例的去芯侧边抛磨光纤的a-a剖面图；

图5是本发明实施例的实验结果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述。

如图1、图2所示，一种基于去芯侧边抛磨光纤的折射率监测装置，包括通过单模通信光纤2依次连接的宽谱光源1、去芯侧边抛磨光纤4和光频谱分析仪6，所述去芯侧边抛磨光纤4的抛磨区由单模通信光纤经侧边抛磨而成，依次包括第一纤芯完整区、第一抛磨过渡区9、抛磨平坦区10、第二抛磨过渡区11和第二纤芯完整区，所述抛磨过渡区9和11是将单模通信光纤的光纤纤芯部分抛磨掉形成的，所述抛磨平坦区10是将单模通信光纤的光纤纤芯全部抛磨掉形成的，将去芯侧边抛磨光纤4作为传感头浸入待测介质中，宽谱光源1发出的信号光经过单模通信光纤2后入射去芯侧边抛磨光纤4中，发生多模干涉，最终在第二抛磨过渡区11中耦合回第二光纤完整区的纤芯8中。

本实施例中，去芯侧边抛磨光纤4具体的制备过程为：先将单模通信光纤两端固定于光纤夹具上，输入功率为4dbm波长为1310nm的激光，使用光功率计监控其输出光功率；再将表面粗糙度为1μm的砂纸紧贴于磨轮上，对单模通信光纤的表面进行抛磨，直至监控的输出光功率为光功率计的监测范围下限，抛磨后得到的光纤即为去芯侧边抛磨光纤。

如图2至图4所示，纤芯完整区包括包层7和纤芯8，包层直径d1为125μm，纤芯直径d2为8.2μm。抛磨过渡区9的长度d3、抛磨平坦区10的长度d4、抛磨过渡区11的长度d5为会随着抛磨所使用的磨轮的大小不同而改变，抛磨平坦区的剩余厚度d6会随着抛磨深度的不同而改变。本实施例中，d3＝d5＝4mm，d4＝8mm，d6＝53.25μm。

如图4所示，去芯侧边抛磨光纤透射谱中由多模干涉而形成吸收峰，当折射率增大时(1.3、1.4指折射率)，吸收峰向长波方向移动，且波长较长的吸收峰的移动量较大，对折射率变化的灵敏度越高。

实施例2：

一种基于去芯侧边抛磨光纤的折射率监测方法，包括以下步骤：

将去芯侧边抛磨光纤放入待测介质中；

打开宽谱光源，使其发出信号；

使宽谱光源发出的信号入射去芯侧边抛磨光纤，并使信号在去芯侧边抛磨光纤中发生多模干涉；

利用光谱分析仪监测去芯侧边抛磨光纤的透射谱中由多模干涉形成的吸收峰的中心的波长的变化来监测折射率的变化。

本实施例中采用的去芯侧边抛磨光纤与实施例1相同。

如图4所示，去芯侧边抛磨光纤透射谱中由多模干涉而形成吸收峰，当折射率增大时(1.3、1.4指折射率)，吸收峰向长波方向移动，且波长较长的吸收峰的移动量较大，对折射率变化的灵敏度越高。

技术特征：

技术总结
本发明公开一种基于去芯侧边抛磨光纤的折射率监测装置及方法，该装置包括通过单模通信光纤依次连接的宽谱光源、去芯侧边抛磨光纤和光频谱分析仪，所述去芯侧边抛磨光纤的抛磨区由单模通信光纤经侧边抛磨而成，依次包括第一纤芯完整区、第一抛磨过渡区、抛磨平坦区、第二抛磨过渡区和第二纤芯完整区，所述抛磨过渡区是将单模通信光纤的光纤纤芯部分抛磨掉形成的，所述抛磨平坦区是将单模通信光纤的光纤纤芯全部抛磨掉形成的，将去芯侧边抛磨光纤作为传感头浸入待测介质中，宽谱光源发出的信号光经过单模通信光纤后入射去芯侧边抛磨光纤中，发生多模干涉。

技术研发人员：余健辉;陈哲;董华卓;关俊文;唐洁媛;李东泉;关贺元;卢惠辉
受保护的技术使用者：暨南大学
技术研发日：2016.06.28
技术公布日：2017.08.18