專利名稱：高靈敏度光子晶體光纖折射率傳感器及制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及微納光纖傳感器的研究與制備。更具體而言，是通過與單模光纖進行熔接，再拉伸光子晶體光纖從而制備出高靈敏度的光子晶體光纖干涉型折射率傳感器。
背景技術(shù)：
光纖干涉型傳感器在許多領(lǐng)域有著很重要的應(yīng)用，例如生物傳感、食品安全、海水鹽都的測量等。最近幾年，因為光子晶體光纖的傳播特性與傳統(tǒng)光纖不同，所以基于光子晶體光纖的干涉?zhèn)鞲衅髟絹碓降玫綇V泛的關(guān)注。其中一個類型是通過熔融拼接普通單模光纖，利用熔接處光子晶體光纖中空洞塌縮從而激發(fā)高階模式與基模相互干涉。不過由于光子晶體的尺寸較大，瞬逝場較小，所以它的折射率靈敏度很低，一般情況下基于光子晶體光 纖的非偏振干涉器件的折射率靈敏度 223nm/RIU (光子晶體光纖長度為2cm),對于折射率的靈敏度并不高，這在一定程度上也限制了光子晶體光纖的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種通過將一段光子晶體光纖與單模光纖熔接后再拉伸從而制備出高折射率靈敏度的光子晶體光纖傳感器及制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是高靈敏度光子晶體光纖折射率傳感器，包括兩端單模光纖連接一小段位于中段的微拉伸光子晶體光纖；拉伸后的長度變化< 0. 5cm。所述的微拉伸光子晶體光纖為固體芯和空氣包層，長度一般為10毫米到30毫米。光在經(jīng)過單模光纖與光子晶體光纖熔接點處塌縮區(qū)時會激發(fā)高階模式，形成芯模和包層模傳播，在經(jīng)過第二個塌縮區(qū)時模式又都轉(zhuǎn)變成芯模，最終形成雙光束或者多光束干涉效應(yīng)。高靈敏度光子晶體光纖折射率傳感器將光子晶體光纖微拉伸，增大其瞬逝場，從而加強光場與周圍環(huán)境介質(zhì)的相互作用，大大提高靈敏度。高靈敏度光子晶體光纖折射率傳感器的制備方法，輸入輸出導(dǎo)光利用普通單模光纖，單模光纖中間采用電弧方法熔接一小段光子晶體光纖，然后用火焰刷法加熱光子晶體光纖中間，并拉伸光子晶體光纖，拉伸光子晶體光纖的長度為I毫米到5毫米。高靈敏度光子晶體光纖折射率傳感器可作為傳輸型傳感器，或作為反射型折射率傳感器，反射型折射率傳感器的結(jié)構(gòu)是將一端的光子晶體光纖切平作為發(fā)射面，或者增加一個反射型器件。微拉伸光子晶體光纖中間部分，使其中間很短的一段直徑變小，這樣傳感器總長仍舊處于厘米級。光纖的腰部直徑變小從125微米到25微米。所用的光子晶體光纖為固體芯，空氣包層，或使用空心光子晶體光纖，長度一般為幾毫米到幾十毫米。光子晶體光纖與單模光纖熔接前先用光纖切割刀將光纖端面切平，然后通過調(diào)節(jié)光纖熔接機的參數(shù)進行熔接以保證熔接后的各光纖光學性能較好。然后將熔接好的光纖放在電動平移臺上，使氫氣火焰加熱光子晶體光纖的中間，并拉伸光子晶體光纖，由于拉伸后光子晶體光纖的腰部直徑變小，從而增強光場與外界環(huán)境的相互作用，從而比普通干涉型光子晶體光纖傳感器折射率靈敏度提高了很多。該折射率傳感器光路特征為如圖I所示，從ASE光源發(fā)出的光通過一段單模光纖，再通過被拉伸的光子晶體光纖，最后通過另一段單模光纖被光譜分析儀所接收。其中為避免光子晶體光纖彎曲而導(dǎo)致的損耗，故先將光纖伸直并在單模光纖兩端用夾具固定好。光子晶體光纖一段置于一個凹槽里，并將通過加入不同液體，例如水、丙酮以及兩者的混合液來進行折射率傳感測量。如圖2所示，光在經(jīng)過單模光纖和光子晶體光纖熔接處塌縮區(qū)時會發(fā)生模式的轉(zhuǎn)變，形成芯模和包層模傳播，在經(jīng)過另一個塌縮區(qū)時模式又都轉(zhuǎn)變成芯模，最終形成雙光束或者多光束干涉效應(yīng)。
權(quán)利要求
1.高靈敏度光子晶體光纖折射率傳感器，其特征是包括兩端單模光纖連接一小段位于中段的微拉伸光子晶體光纖；拉伸后的長度變化< 0. 5cm ;所述的微拉伸光子晶體光纖為固體芯和空氣包層，長度為10毫米到30毫米。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高靈敏度光子晶體光纖折射率傳感器，其特征是長度為10毫米到30毫米。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高靈敏度光子晶體光纖折射率傳感器，其特征是微拉伸光子晶體光纖中間部分，使其中間很短的一段直徑變小。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高靈敏度光子晶體光纖折射率傳感器，其特征是腰部直徑為30微米的光子晶體光纖獲得的折射率靈敏度為1629. 03nm/RIU。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高靈敏度光子晶體光纖折射率傳感器，其特征是光子晶體光纖折射率傳感器作為傳輸型傳感器，或作為反射型傳感器，反射型折射率傳感器的結(jié) 構(gòu)是將一端的光纖切平作為發(fā)射面，或者增加一個反射型器件。
6.高靈敏度光子晶體光纖折射率傳感器的制備方法，其特征是輸入輸出導(dǎo)光利用普通單模光纖導(dǎo)光，單模光纖中間采用電弧方法熔接一小段光子晶體光纖，火焰法加熱光子晶體光纖中部并拉伸光子晶體光纖，所用的光子晶體光纖為固體芯，空氣包層，或使用空心光子晶體光纖，長度為10毫米到30毫米； 光子晶體光纖與單模光纖熔接前先用光纖切割刀將光纖端面切平，然后通過調(diào)節(jié)光纖熔接機的參數(shù)進行熔接以保證熔接后的各光纖光學性能較好；然后將熔接好的光纖放在電動平移臺上，使氫氣火焰加熱光子晶體光纖的中間，并拉伸光子晶體光纖，由于拉伸后光子晶體光纖的腰部直徑變小。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高靈敏度光子晶體光纖折射率傳感器的制備方法，其特征是所用的光子晶體光纖為固體芯，空氣包層，或使用空氣芯光子晶體光纖。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高靈敏度光子晶體光纖折射率傳感器的制備方法，其特征是光子晶體光纖的拉伸長度為I毫米到5毫米。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高靈敏度光子晶體光纖折射率傳感器的制備方法，其特征是光子晶體光纖與單模光纖熔接前先用光纖切割刀將光纖端面切平，然后通過調(diào)節(jié)光纖熔接機的參數(shù)進行熔接以保證熔接后的各光學性能較好。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高靈敏度光子晶體光纖折射率傳感器的制備方法，其特征是光纖的腰部直徑變小從125微米到25微米。
全文摘要
本發(fā)明公開了高靈敏度光子晶體光纖折射率傳感器及制法，包括兩端單模光纖連接一小段位于中段的微拉伸光子晶體光纖；拉伸后的長度變化＜0.5cm；所述的微拉伸光子晶體光纖為固體芯和空氣包層，長度為10毫米到30毫米。制備方法是通過微拉伸光子晶體光纖，降低光纖直徑，增大了光場在空氣中的部分，增加光場與環(huán)境的作用。本發(fā)明制備簡單可行，在光纖傳感等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。目前腰部直徑為30微米的光子晶體光纖獲得的折射率靈敏度為1629.03nm/RIU。
文檔編號G01N21/45GK102749304SQ20121020395
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者徐飛, 李程, 胡偉, 邱孫杰, 陸延青, 陳燁 申請人:南京大學(蘇州)高新技術(shù)研究院