專利名稱：一種基于高雙折射光子晶體光纖環(huán)鏡的揮發(fā)性有機物傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于光纖傳感技術領域，具體涉及一種基于高雙折射光子晶體光纖環(huán)鏡(Highly Birefringent Photonic Crystal Fiber LoopMirror, HiB1-PCF-FLM)的揮發(fā)性有機物傳感器。
背景技術：
揮發(fā)性有機物(volatile organic compounds, VOCs)是最常見的一類空氣污染物，通常指的是沸點在50 250°C，在常溫常壓下可以形成蒸氣的有機物，主要包括苯系物、有機氯化物、氟利昂系列、有機酮類、醇類、胺、醚以及酯類等。VOCs具有毒性、刺激性以及致癌性，會嚴重破壞環(huán)境和人體健康。因此，發(fā)展靈敏、快速、準確測定空氣中VOCs含量的方法是非常必要的。在現(xiàn)有的檢測方法中，由于光纖的獨特優(yōu)點，例如體積小，損耗低，適于遠程檢測等，基于光纖的揮發(fā)性有機物檢測越來越受到人們的重視?；诠饫w的揮發(fā)性有機物檢測方法種類很多，最常見的是基于光譜分析的方法，對待測氣體的特征吸收譜線進行檢測分析得到待測氣體濃度。這種檢測方法靈敏度高，響應快，但是常需要特殊的光源來匹配不同種類待測氣體的吸收譜范圍，因此成本高，限制了其應用范圍?；诠饫w光柵的揮發(fā)性有機物檢測也有所報道，待測氣體作用于光纖光柵外部，通過影響光纖光柵的纖芯、包層有效折射率引起諧振波長的漂移。但是光柵的刻寫會對光纖造成損害，難以長期使用。針對上述問題，我們提出了一種基于高雙折射光子晶體光纖環(huán)鏡的揮發(fā)性有機物傳感器。這種傳感器結構緊湊，可長期重復測量，便于微量監(jiān)測，靈敏度高，同時具有光子晶體光纖抗溫度干擾的特性，可以很好的實現(xiàn)不同種類揮發(fā)性有機物的檢測。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的就是解決現(xiàn)有揮發(fā)性有機物傳感技術中存在的檢測成本高，難于實現(xiàn)長期重復測量和微量檢測的問題，提供了一種結構緊湊、可長期重復測量、靈敏度高的一種基于高雙折射光子晶體光纖環(huán)鏡的揮發(fā)性有機物傳感器。本實用新型為解決技術問題所采取的技術方案是:—種基于高雙折射光子晶體光纖環(huán)鏡的揮發(fā)性有機物傳感器，包括寬帶光源、3dB耦合器、單模光纖、高雙折射光子晶體光纖、氣室、光譜儀。高雙折射光子晶體光纖的兩端分別與兩根單模光纖準直，中間保留微小的間隔，放置在氣室中，將兩根 單模光纖的另一端從氣室中引出，并分別與3dB耦合器一側的兩個端口光連接，構成一個光纖環(huán)鏡。3dB耦合器另一側的兩個端口分別與寬帶光源和光譜儀光連接。氣室經(jīng)過特殊設計，帶有準直系統(tǒng)和用來固定、調(diào)整高雙折射光子晶體光纖高度的平臺。[0010]光經(jīng)3dB I禹合器作用，分為背向傳輸?shù)膬墒?兩束光在高雙折射光子晶體光纖中相向傳輸時，由于高雙折射光子晶體光纖兩個相互垂直的偏振態(tài)折射率不同，經(jīng)過整個光纖環(huán)鏡后，再次到達3dB耦合器并輸出時，由于兩束光存在光程差，會產(chǎn)生相位延遲δ，因此出射光在光譜儀上出現(xiàn)明顯的干涉條紋。δ = 2 JI BL/λ其中:Β為高雙折射光子晶體光纖兩個互相垂直偏振態(tài)的折射率差，L為高雙折射光子晶體光纖的長度，λ為入射光中心波長。當氣室中揮發(fā)性有機物的濃度發(fā)生變化時，經(jīng)過分子擴散運動進入高雙折射光子晶體光纖空氣孔中有機物的含量也隨之改變，從而引起B(yǎng)的變化，光譜儀上的干涉條紋受到相位變化影響會發(fā)生漂移，漂移量與外界揮發(fā)性有機物的濃度相關。所以可以通過監(jiān)測同一級次干涉條紋的漂移量實現(xiàn)揮發(fā)性有機物濃度的傳感。本實用新型所具有的有益效果為:I以高雙折射光子晶體光纖作為傳感單元，會形成對相位變化非常敏感的干涉條紋，而相位與外界環(huán)境中易揮發(fā)有機物的濃度有關，所以本發(fā)明具有很高的靈敏度。2.高雙折射光子晶體光纖包含大量空氣孔，孔徑在微米量級，便于實現(xiàn)揮發(fā)性有機物濃度的微量檢測。3.高雙折射光子晶體光纖具有光子晶體光纖對溫度變化不敏感的特性，使得測量過程不受外界溫度的影響，避免了溫度對測量造成影響，提高測量精度。4.整個傳感測量裝置具有結構緊湊，可長期重復測量，便于微量監(jiān)測，靈敏度高，可以很好的實現(xiàn)不同種類揮發(fā)性有機物的檢測。

圖1為本實用新型的結構圖；圖2為本實用新型所使用的高雙折射光子晶體光纖的橫截面圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進一步描述。如圖1所示，一種基于高雙折射光子晶體光纖環(huán)鏡的揮發(fā)性有機物傳感器，包括寬帶光源l、3dB耦合器2、單模光纖3、高雙折射光子晶體光纖4、氣室5、光譜儀6。高雙折射光子晶體光纖4的兩端分別與兩根單模光纖3準直，中間保留微小的間隔，放置在氣室5中，將兩根單模光纖3的另一端從氣室5中引出，并分別與3dB稱合器2 —側的兩個端口光連接，構成一個光纖環(huán)鏡。3dB稱合器2另一側的兩個端口分別與寬帶光源I和光譜儀6光連接。本實施方式的工作方式為:寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)3dB f禹合器作用，分為背向傳輸?shù)膬墒?，兩束光在高雙折射光子晶體光纖中相向傳輸時，由于高雙折射光子晶體光纖兩個相互垂直的偏振態(tài)折射率不同，經(jīng)過整個光纖環(huán)鏡后，再次到達3dB耦合器并輸出時，會產(chǎn)生相位延遲S，因此出射光會發(fā)生干涉，在光譜儀上出現(xiàn)明顯的干涉條紋。δ = 2 BL/ λ其中:Β為高雙折射光子晶體光纖兩個互相垂直偏振態(tài)的折射率差，L為高雙折射光子晶體光纖的長度，λ為入射光中心波長。當氣室中揮發(fā)性有機物的濃度發(fā)生變化時，經(jīng)過分子擴散運動進入高雙折射光子晶體光纖空氣孔中有機物的含量也隨之改變，從而引起B(yǎng)的變化，光譜儀上的干涉條紋受到相位變化影響會發(fā)生漂移，漂移量與外界揮發(fā)性有機物的濃度相關。所以可以通過監(jiān)測同一級次干涉條紋的漂移量實現(xiàn)揮發(fā)性有機物濃度的傳感，且精度較高。在本實例中所使用的高雙折射光子晶體光纖，長度L為6.3cm,空氣孔折射率η =I時兩個互相垂直偏振態(tài)的折射率差B為8.95Χ10Λ入射光中心波長λ = 1550nm，選取諧振峰中心波長為1566.25nm處為測量點，記錄對應不同體積分數(shù)的甲醇試劑時，該級次干涉峰所對應的諧振波長，其結果如表一。表一空氣中甲醇體積分數(shù)和諧振波長的變化關系
權利要求1.一種基于高雙折射光子晶體光纖環(huán)鏡的揮發(fā)性有機物傳感器，包括寬帶光源(I)、3dB耦合器(2)、單模光纖(3)、高雙折射光子晶體光纖(4)、氣室(5)、光譜儀￠)，其特征在于:高雙折射光子晶體光纖(4)的兩端分別與兩根單模光纖(3)準直，中間保留微小的間隔，放置在氣室(5)中，將兩根單模光纖(3)的另一端從氣室(5)中引出，并分別與3dB耦合器(2) —側的兩個端口光連接，構成一個光纖環(huán)鏡，3dB耦合器(2)另一側的兩個端口分別與寬帶光源(I)和光譜儀(6)光連接； 所述的氣室經(jīng)過特殊設計，帶有準直系統(tǒng)和用來固定、調(diào)整高雙折射光子晶體光纖高度的平臺。`
專利摘要本實用新型涉及一種基于高雙折射光子晶體光纖環(huán)鏡的揮發(fā)性有機物傳感器。高雙折射光子晶體光纖的兩端分別與兩根單模光纖準直，中間保留微小的間隔，放置在氣室中(氣室經(jīng)過特殊設計，帶有準直系統(tǒng)和高低可調(diào)節(jié)的平臺)，將兩根單模光纖的另一端從氣室中引出，并分別與3dB耦合器一側的兩個端口光連接，構成一個光纖環(huán)鏡。3dB耦合器另一側的兩個端口分別與寬帶光源和光譜儀光連接。本實用新型針對現(xiàn)有揮發(fā)性有機物傳感技術中存在的制作復雜，成本較高，難于實現(xiàn)多次測量和微量檢測的問題，提供了一種結構緊湊、可長期重復測量、靈敏度高的一種基于高雙折射光子晶體光纖環(huán)鏡的揮發(fā)性有機物傳感器。
文檔編號G01N21/23GK202928946SQ20122057118
公開日2013年5月8日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權日2012年10月26日
發(fā)明者趙春柳, 姬崇軻, 張曉彤, 康娟, 倪凱, 金永興 申請人:中國計量學院