基于氧化石墨烯薄膜和偏振相關(guān)性的光纖濕度傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實用新型提出了一種基于氧化石墨締薄膜和偏振相關(guān)性的光纖濕度傳感器，屬 于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 石墨締是一種新型的二維碳材料，具有比表面積大、導(dǎo)熱系數(shù)高、機械強度大等優(yōu) 良性能。氧化石墨締屬于石墨締最重要的衍生物，它在保留著石墨締眾多特性的同時，其表 面豐富的含氧官能團使得其有著良好的親水特性，可W穩(wěn)定的分散于水溶液或者乙醇溶液 中。由于氧化石墨締表面及邊緣存在著大量的含氧極性官能團，因此該材料具有良好的吸 濕性。將光纖傳感結(jié)構(gòu)浸入氧化石墨締分散液中，同時在該光纖傳感結(jié)構(gòu)中輸入一定功率 的連續(xù)激光，利用該激光在傳感結(jié)構(gòu)處產(chǎn)生的熱量W及光壓效應(yīng)，可W在光纖傳感器側(cè)表 面均勻鍛上氧化石墨締薄膜。利用該薄膜吸濕膨脹和干燥消溶脹的特性，可制成光纖濕度 傳感器。
[0003] 馬赫-曾德爾干設(shè)型光纖傳感器通過采用干設(shè)測量法產(chǎn)生相位調(diào)制W便獲得較高 的靈敏度和分辨率，該原理也被廣泛應(yīng)用于各種光纖傳感器中來監(jiān)測各類待測量，其發(fā)展 前景相當(dāng)廣闊。由于外界環(huán)境的變化會在很大程度上影響光纖中光偏振情況，利用光纖的 雙折射和偏振相關(guān)損耗等偏振現(xiàn)象制作而成的光纖傳感器，其應(yīng)用前景也相當(dāng)廣闊。高靈 敏度的馬赫-曾德爾光纖傳感儀結(jié)合光纖的偏振敏感性，傳感器的靈敏度將會得到進一步 的提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實用新型的目的在于提供一種基于氧化石墨締薄膜和偏振相關(guān)性的光纖濕度 傳感器，通過將一定功率的連續(xù)激光輸入到馬赫-曾德爾光纖干設(shè)儀中，利用激光在傳感結(jié) 構(gòu)處產(chǎn)生的熱量W及光壓效應(yīng)，可W在傳感結(jié)構(gòu)的側(cè)表面均勻鍛上氧化石墨締薄膜。該薄 膜具有吸濕膨脹和干燥消溶脹的特性，相應(yīng)的薄膜折射率也會發(fā)生變化。在馬赫-曾德爾干 設(shè)型光纖傳感器中加入偏振保持光纖，利用偏振保持光纖的雙折射和偏振相關(guān)損耗等偏振 現(xiàn)象，可W極大的提高該新型傳感器的靈敏度和分辨率。
[0005] 本實用新型通過W下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0006] 本實用新型提供了一種基于氧化石墨締薄膜和偏振相關(guān)性的光纖濕度傳感器，其 特征在于：由寬帶光源（1)、偏振控制器(2)、光纖腰錐放大(3)、偏振保持光纖(4)、氧化石墨 締薄膜(5)、光纖錯位(6)、單模光纖(7)和光譜分析儀(8)組成;光纖腰錐放大(3)、偏振保持 光纖(4)和光纖錯位(6)構(gòu)成了馬赫-曾德爾光纖干設(shè)儀;通過將一定功率的連續(xù)激光輸入 到馬赫-曾德爾光纖干設(shè)儀中，利用激光在偏振保持光纖(4)處產(chǎn)生的熱量W及光壓效應(yīng)， 可W在偏振保持光纖(4)側(cè)表面均勻鍛上氧化石墨締薄膜(5);偏振控制器(2)用于控制入 射光的偏振態(tài);偏振控制器(2)左端與寬帶光源（1)連接，右端與光纖腰錐放大(3)連接，光 纖腰錐放大(3)右端與偏振保持光纖(4)左端連接，偏振保持光纖(4)右端與單模光纖(7)左 端錯位烙接形成光纖錯位(6)，單模光纖(7)右端與光譜分析儀(8)連接。
[0007] 所述的基于氧化石墨締薄膜和偏振相關(guān)性的光纖濕度傳感器，其特征在于:光纖 腰錐放大(3)由單模光纖制作而成，長度為150~320WI1，直徑為150~200WI1。
[0008] 所述的基于氧化石墨締薄膜和偏振相關(guān)性的光纖濕度傳感器，其特征在于:偏振 保持光纖(4)的型號為熊貓型，長度為10~30mm。
[0009] 所述的基于氧化石墨締薄膜和偏振相關(guān)性的光纖濕度傳感器，其特征在于:偏振 保持光纖(4)和單模光纖(7)錯位烙接形成了光纖錯位(6)，光纖錯位(6)的徑向錯位距離保 持在4~化m。
[0010] 所述的基于氧化石墨締薄膜和偏振相關(guān)性的光纖濕度傳感器，其特征在于:氧化 石墨締薄膜(5)作為濕度敏感膜，厚度為0.5~2WI1。
[0011] 本實用新型的工作原理是：
[0012] 入射光在經(jīng)過光纖腰錐放大（3)時，部分在光纖纖忍中傳播的光會被禪合到光纖 包層中，激發(fā)出在包層中傳播的大量包層模，剩余的光將作為纖忍模繼續(xù)沿纖忍向前傳播； 光纖錯位(6)可W將包層中傳播的部分包層模重新禪合到單模光纖(7)纖忍中，從而與纖忍 模形成馬赫-曾德爾干設(shè)。包層模和纖忍模的相位差會隨外界環(huán)境的變化而變化，相位差變 化可W表示為：
[OOU]
(1)
[0014] 其中n之表示纖忍有效折射率和第m個包層模的有效折射率之差，A為入射光波長，L 為偏振保持光纖(4)的長度。當(dāng)外界環(huán)境變化時，例如折射率變化，將會引起He苗變化，由此， 通過監(jiān)測相位差值的變化，再和開始標定的量對比，就可W測得當(dāng)前折射率的值。
[0015] 馬赫-曾鶴爾干徙并譜的輔度可W表示為：
[0016]
(2)
[0017] 其中Il和12分另懐示纖忍光的強度和包層中的光強度。
[0018] 由于該馬赫-曾德爾光纖傳感儀中加入了一段偏振保持光纖(4)，將偏振控制器 (2)調(diào)節(jié)到合適的位置，那么入射光經(jīng)過偏振保持光纖(4)后，對應(yīng)的快軸、慢軸干設(shè)峰將會 被記錄#輸出的午誡圖中.快她巧慢軸干設(shè)峰所對應(yīng)的共振波長可W表示為：
[0019] (3)
[0020] (4)
[0021] ^和、分別表不快軸和慢軸對應(yīng)的共振波長，M苗,6/和分別表不偏振保持光纖 (4)快軸上纖忍模和包層模的有效折射率，和分別表示偏振保持光纖(4)慢軸上纖忍 模和包層模的有效折射率。當(dāng)外界的環(huán)境變化時，快軸和慢軸對應(yīng)的兩個干設(shè)峰的變化尤 為明顯。
[0022] 本實用新型采用的是氧化石墨締薄膜(5)，因為其表面及邊緣存在大量的含氧極 性基團，因此，該材料對濕度變化敏感。氧化石墨締薄膜吸收水分子會膨脹，干燥則會消溶 脹，相應(yīng)的折射率也會發(fā)生變化。當(dāng)該薄膜被鍛在偏振保持光纖(4)的表面時，該材料折射 率的變化量將會同時作用在偏振保持光纖(4)的快軸和慢軸上，通過監(jiān)測透射光譜中快軸 和慢軸干設(shè)峰的變化量，可