一种基于拉锥结构的微孔折射率光纤传感装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光纤传感技术领域，涉及一种基于拉锥结构提拉镀膜的微孔单模光纤液体折射率传感装置。
【背景技术】
[0002]光纤折射率传感器因其抗电磁干扰能力强、响应速度快、抗生化腐蚀、体积小、重量轻等优点在环境监测、食品安全、医药开发、临床检验等相关领域有重要的意义和用途。现有的光纤液体折射率传感器有很多，包括光纤光栅传感器，F-P腔光纤传感器，光纤微孔传感器等。其中，基于微孔结构的传感装置由于其易加工，结构简单易保存等特点使其在液体折射率测量中得到了广泛应用。但现有的微孔单模光纤传感装置依然存在灵敏度较低的缺点。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，通过拉锥改变芯径和镀膜的方法提供一种高灵敏度的液体折射率传感装置。
[0004]上述技术问题通过以下技术方案实现:
[0005]一种基于拉锥结构的微孔折射率光纤传感装置，其结构为，带尾纤的LED激光光源I的光输出端与光纤传感探头2的输入端相连，光纤传感探头2的输出端与带尾纤的光功率计3的输入端相连；其特征在于，所述的传感探头2是一段单模拉锥光纤，该单模拉锥光纤的等腰区21的纤芯直径为5 μ m，等腰区长度为40 μ m，等腰区21两侧的对称锥形渐变区22和等腰区21的总长度为600 ym?100ym且有镀膜，在等腰区21有圆柱形微孔23，微孔23横向穿透光纤的纤芯、包层和镀膜且轴线与所述的单模拉锥光纤的中心轴垂直相交，微孔23的直径与等腰区的纤芯直径相同。
[0006]所述的镀膜是镀在等腰区21和锥形渐变区22的外表面的吸光材料，优选N1-Al2O3O
[0007]本实用新型的工作原理如下:在微孔23内注入液体，纤芯中的光波通过微孔23孔时，光线发生发散，在纤芯与包层分界面处，当发散光纤入射角小于全反射临界角时，光线会进入到包层中导致纤芯中的光功率损耗。当孔内液体折射率升高时，光线通过微孔的折射角度减小，则纤芯与包层分界面处入射角增大，部分光线会由于入射角度大于全反射临界角而不再进入到包层中，因此纤芯中的光功率损耗下降，输出端所接的光功率计3示数升高，根据光功率计3所测得的光功率的变化，可测量孔内液体折射率变化。
[0008]熔融拉锥光纤可同时减小光纤包层和纤芯直径，本实用新型利用此原理，将单模光纤拉锥后再打孔，减小了单模光纤的芯径，与未拉锥只打孔的单模光纤相比，对更多的光功率起作用，因而提高了传感装置的灵敏度。
[0009]本实用新型所述的微孔直径与纤芯直径相同，可以对纤芯中的全部光功率起作用，且孔的直径较小，折射光能力较强，当孔内液体折射率改变时，功率损耗变化更大，传感装置更灵敏。
[0010]本实用新型所述的镀膜，一方面能避免发散到包层中的光返回到纤芯当中影响传感效果，另一方面避免外界环境折射率改变影响包层内光功率损耗变化，因此可有效提高传感器的稳定度。
[0011]综上，本实用新型有以下有益效果:
[0012]1、拉锥光纤等腰区芯径小，传感灵敏度高。
[0013]2、在拉锥光纤外镀膜，避免了外界液体折射率变化的影响，使传感更稳定。
[0014]3、该液体传感器体积小、制作简单、易保存。
【附图说明】
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[0015]图1是本实用新型一种基于拉锥结构的微孔折射率光纤传感装置的连接示意图。
[0016]图2是本实用新型一种基于拉锥结构的微孔折射率光纤传感装置的传感探头的结构示意图。
[0017]图3是本实用新型的光功率损耗随液体折射率变化曲线。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本实用新型作进一步的说明:
[0019]实施例1
[0020]首先用CO2激光器将单模光纤拉锥至等腰区直径为70 μπι(纤芯为5 μπι)，等腰区和锥形渐变区的总长度为800 μπι，将拉锥后的光纤用溶胶一凝胶浸渍提拉法制备N1-Al2O3薄膜，在等腰区利用800nm飞秒激光加工工艺制作柱状横向穿透整个光纤的微孔，微孔的轴线与光纤的中心轴垂直相交，微孔的直径与等腰区的纤芯直径大小相同。制作传感装置所用的单模光纤，符合ITU-T G.652规范。
[0021]建立传感装置，将带微孔结构的锥形单模光纤传感探头的输入端与带尾纤的LED激光光源相连，传感探头的输出端与带尾纤的光功率计的输入端相连，通过光功率计检测功率变化得到液体折射率变化。在孔内注入液体，并不断改变液体折射率，记录不同折射率下输出端的功率损耗，得出光功率损耗随液体折射率变化的变化曲线如图3所示。
【主权项】
1.一种基于拉锥结构的微孔折射率光纤传感装置，其结构为，带尾纤的LED激光光源(I)的光输出端与光纤传感探头(2)的输入端相连，光纤传感探头(2)的输出端与带尾纤的光功率计(3)的输入端相连；其特征在于，所述的传感探头(2)是一段单模拉锥光纤，该单模拉锥光纤的等腰区(21)的纤芯直径为5 μ m，等腰区长度为40 μ m，等腰区(21)两侧的对称锥形渐变区(22)和等腰区(21)的总长度为600 μπι?1000 μπι且有镀膜，在等腰区(21)有圆柱形微孔(23)，微孔(23)横向穿透光纤的纤芯、包层和镀膜且轴线与所述的单模拉锥光纤的中心轴垂直相交，微孔(23)的直径与等腰区的纤芯直径相同。
2.根据权利要求1所述的一种基于拉锥结构的微孔折射率光纤传感装置，其特征在于，所述的镀膜是镀在等腰区(21)和锥形渐变区(22)的外表面的N1-Al2O3吸光材料。
【专利摘要】本实用新型一种基于拉锥结构的微孔折射率光纤传感装置，属于光纤传感技术领域。其结构为，带尾纤的LED激光光源(1)的光输出端与光纤传感探头(2)的输入端相连，光纤传感探头(2)的输出端与带尾纤的光功率计(3)的输入端相连；所述的传感探头(2)是一段单模拉锥光纤，该单模拉锥光纤的等腰区(21)两侧有对称锥形渐变区(22)，在等腰区(21)有横向穿透光纤的纤芯的圆柱形微孔(23)，微孔(23)的直径与等腰区的纤芯直径相同。本实用新型具有体积小、制作简单、易保存、灵敏度高且稳定等优点。
【IPC分类】G01N21-41
【公开号】CN204613103
【申请号】CN201520207893
【发明人】吴明宇, 徐晓峰, 汤国玉, 周微
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月8日