过程中的幅值集中在纤 芯轴线，而将微纳光纤与单模光纤错芯焊接后，微纳光纤不能完全接收基模的所有能量，此 时由单模光纤传输给微纳光纤的能量会衰减，入射光为能够稳定地在微纳光纤中传输就会 以微纳光纤可容纳的模式在微纳光纤中传输。微纳光纤的模场分布可以通过改变其直径来 控制，本发明选取可容纳基模UV模与LPn模传输的微纳光纤来进行SPR传感器的制作。
[0032] 错芯焊接的方式使光从单模光纤传播到微纳光纤的过程中既存在UV模又产生 了 ^^模。当光纤中存在多种模式时，通过光纤传输后可能会出现光场的叠加，这种现象称 之为模间干涉。当光纤中只传输UV模和LP:1模，则这两个模式的叠加是在光纤输出端得 到的干涉场，其干涉输出光强为：
[0034] 式中知为LPQ1模和LP^模在光纤中传输后的相位差，
A|3为LP。^ 和LPn模的传输常数差，A0 = 0 Q1-f3n，AL为光纤长度的变化量，EQ1、En--分别为 UV模和LP:1模的模场函数。
[0035] 由公式可知，相位差Af的变化会引起光纤输出的干涉光强发生变化。当光纤受到 外部扰动作用时，例如拉伸光纤产生AL，而导致
发生变化从而引起两个模间干 涉输出光斑的能量交换。如图2所示，模间相位差在0到2JI之间变化时，干涉输出光强的 分布形式。
[0036] 根据几何光学，基模是在光纤的中心轴线上传播，而高阶模则是在光纤中以全反 射的方式在光纤中传播。如图3所示，UV模在光纤的轴线上传播，而LPn模以图3所示的 实线一样在光纤中以全反射的方式在光纤中传播，拉伸光纤使其长度U，UV模与LPn模相 位差为0时，两模式发生干涉，从而产生周期性光场。如图4所示，此时所产生的周期性光 场光斑9激发第一传感膜5产生SPR进行传感。再使用光纤拉伸装置对光纤进行拉伸，光 纤的长度1^2，光纤的长度变化为AL。UV模依然在光纤的轴线上传播，而由于拉伸光纤会 产生相位差，此时UV模与LPn模的相位差为JT，从而引起两模式光程的改变，LPn模会以 图3所示的虚线一样在光纤中以全反射的方式在光纤中传播，这时UV模与LP:1模之间干 涉引起的周期性光场光斑的位置也会发生移动，如图4所示光斑变为10,激发第二传感膜 6产生SPR进行传感。通过探测器观察测量共振峰的位置变化来进行周围物质物理量的传 感，从而进行双通道分布式传感检测。
[0037] 本发明可以通过以下的方式实现：
[0038] 取一段单模光纤，将其一端与光源耦合，另一端进行端面切割加工处理；再取一段 微纳光纤，将其一端同样进行切割加工；将单模光纤与微纳光纤进行过切割加工的端面利 用光纤熔接机进行错芯焊接。在微纳光纤上连接光纤拉伸装置，并镀第一传感膜与第二传 感膜；微纳光纤的另一端则与探测器连接。如图1所示。
[0039] 实施例一：双通道分布式传感检测装置的制作。制作步骤如下：
[0040] 1、取lm长单模光纤，利用光纤剥线钳剥除单模光纤一端的涂覆层25mm，用酒精将 光纤包层清洗干净。
[0041] 2、用光纤切割刀对单模光纤处理过的部分进行切割，形成平整的端面。
[0042] 3、将单模光纤插入裸纤适配器中，将裸纤适配器接入波长633nm固体激光光源输 出接口。
[0043] 4、取一段直径为1. 5ym微纳光纤，利用离子溅射真空镀膜技术对微纳光纤镀金 膜，为第一传感膜，利用光学微加工技术在光纤表面形成长度为12ym的金膜，感膜厚度均 为 50nm〇
[0044] 5、利用离子溅射真空镀膜技术对微纳光纤镀银膜，为第二传感膜，利用光学微 加工技术在光纤表面形成长度为12ym的银膜，第一传感膜与第二传感膜之间交替相隔 2. 4mm，传感膜厚度均为50nm。
[0045] 6、单模光纤另一端经过涂覆层剥除、清洗、切割后放入光纤焊接机中，微纳光纤另 一端经过清洗、切割后也放入光纤焊接机中，使用光纤焊接机对单模光纤与微纳光纤进行 错芯焊接。
[0046] 7、在微纳光纤上连接光纤拉伸装置。
[0047] 8、用酒精将微纳光纤清洗干净，用光纤切割刀将光纤端面切平。
[0048] 9、微纳光纤插入裸纤适配器中，将裸纤适配器接入信号探测器。
[0049] 实施例二：利用双通道分布式传感检测装置测量不同物质的折射率。
[0050] 图5为利用双通道分布式传感检测装置折射率测试系统。光源1发出的光经过单 模光纤1耦合到微纳光纤3中，使光纤中同时存在UV模与LP:1模，通过调节光纤拉伸装置 4可使UV模与LPn模产生模式干涉而产生周期性光场并可以移动分别激发传感膜5和6， 将传感部分5和6置于待测物质溶液8中，入射光可以在传感膜处产生SPR，对某一特定波 长的光产生吸收，再经微纳光纤由探测器7探测光谱。
[0051] 在理论研宄的基础上，运用搭建的光纤检测系统，制作不同传感膜可实现不同物 质折射率的测量。
【主权项】
1. 一种双通道分布式传感检测装置，其特征在于：包括光源（I)、单模光纤（2)、微纳光 纤（3)、光纤拉伸装置（4)、位于微纳光纤外表面的第一传感膜（5)、位于微纳光纤外表面的 第二传感膜（6)和探测器（7)，单模光纤（2)的一端与微纳光纤（3)的一端错芯焊接，微纳 光纤（3)上连接光纤拉伸装置（4)，微纳光纤（3)的另一端和探测器（7)相连； 光源（1)发出的光耦合入单模光纤（2)，经过单模光纤（2)与微纳光纤（3)的错芯焊 接处，激励起LP11模式并在微纳光纤（3)中传播，调节光纤拉伸装置（4)使在微纳光纤中传 播的LPtll模式和LP11模式发生模式干涉产生周期性光场，将光场光斑与第一传感膜（5)重 合，在第一传感膜（5)处激发表面等离子共振； 进一步调节光纤拉伸装置（4)使光场光斑与第二传感膜（6)重合，在第二传感膜（6) 处激发表面等离子体共振，从而产生双通道分布式传感，探测器（7)用于接收光信号进行 检测。2. 根据权利要求1所述的一种双通道分布式传感检测装置，其特征在于：所述的第一 传感膜（5)至少为两个，第二传感膜（6)至少为两个，第一传感膜（5)和第二传感膜（6)交 替间隔排布，相邻的第一传感膜（5)和第二传感膜（6)之间的间距为LPtll模式和LP11模式 发生模式干涉而产生周期性光场拍长的整数倍。3. 根据权利要求1所述的一种双通道分布式传感检测装置，其特征在于：所述的微纳 光纤⑶的直径为1_2ym。4. 根据权利要求1所述的一种双通道分布式传感检测装置，其特征在于：所述的第 一传感膜（5)和第二传感膜（6)是金属膜，第一传感膜（5)和第二传感膜（6)的厚度为 30-100nm，第一传感膜（5)和第二传感膜（6)的长度为LPtll模式和LP11模式发生模式干涉 而产生周期性光场拍长的一半。
【专利摘要】本发明公开了一种双通道分布式传感检测装置，包括光源、单模光纤、微纳光纤、光纤拉伸装置、第一传感膜、第二传感膜和探测器；光源发出的光耦合入单模光纤，经过单模光纤与微纳光纤的错芯焊接处，激励起LP11模式并在微纳光纤中传播，调节光纤拉伸装置使在微纳光纤中传播的LP01模式和LP11模式发生模式干涉产生周期性光场，将光场光斑与第一传感膜重合，在第一传感膜处激发表面等离子共振；进一步调节光纤拉伸装置使光场光斑与第二传感膜重合，在第二传感膜处激发表面等离子体共振，从而产生双通道分布式传感，探测器用于接收光信号进行检测。本发明具有体积小、结构简单，信号抗干扰能力强的优点。
【IPC分类】G01N21/552
【公开号】CN104897618
【申请号】CN201510312470
【发明人】刘志海, 徐妍, 赵恩铭, 张羽, 张亚勋, 苑立波
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月9日