專利名稱：一種基于部分灌注型HiBi-PCF-FLM的高靈敏溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于部分灌注型高雙折射 光子晶體光纖環(huán)鏡(Highly Birefringent Photonic CrystalFiber Loop Mirror, HiBi-PCF-FLM)的高靈敏溫度傳感器。
背景技術(shù)：
對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量在我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見(jiàn)，溫度計(jì)就是其中最普通的一種簡(jiǎn)易 溫度傳感器。隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，其他一些基于電信號(hào)的溫度傳感器如熱電偶、 熱敏電阻等也已逐漸進(jìn)入人們的視線，并廣泛應(yīng)用于溫度檢測(cè)的各個(gè)領(lǐng)域。它們的測(cè)溫原 理及結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單，但由于是以電信號(hào)作為工作媒介，很容易受到電磁干擾，且存在著易 腐蝕，靈敏度較低，難以實(shí)現(xiàn)分布式傳感等缺點(diǎn)。光纖傳感器有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如對(duì)電磁干擾不敏感，靈敏度高，體積小，抗腐蝕， 可應(yīng)用于各種不同的環(huán)境中。用光纖作為溫度測(cè)量媒介的機(jī)理多種多樣，而基于布拉格光 纖光柵或長(zhǎng)周期光纖光柵的溫度傳感器以其較簡(jiǎn)單的原理一采用溫度變化引起的波長(zhǎng)漂 移量或強(qiáng)度變化進(jìn)行解調(diào)即可得到溫度信息，而受到人們的重視。然而，布拉格光纖光柵溫 度傳感器的靈敏度比較低(只有 10pm/°C )，無(wú)法應(yīng)用于高靈敏測(cè)溫領(lǐng)域；長(zhǎng)周期光纖光 柵溫度傳感器由于其對(duì)彎曲的極度敏感性，在測(cè)溫過(guò)程中極易引入無(wú)法預(yù)見(jiàn)的干擾，因此 對(duì)測(cè)量條件要求非常高。光子晶體光纖是一種新型光纖，其包層中沿軸向周期性排列著波長(zhǎng)量級(jí)的空氣 孔，具有二維光子晶體結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)這些空氣孔的大小、分布或折射率的靈活設(shè)計(jì)，可以實(shí) 現(xiàn)不同的功能。本實(shí)用新型就是在光子晶體光纖包層的部分空氣孔中灌注溫度敏感型溶液 來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度傳感。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的就是針對(duì)現(xiàn)有光纖溫度傳感器存在的靈敏度不高的特點(diǎn)，提出了 一種簡(jiǎn)單、緊湊、靈敏度高的基于部分灌注型的高雙折射光子晶體光纖與光纖環(huán)鏡結(jié)合的 高靈敏溫度傳感器。本實(shí)用新型為解決技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是一種基于部分灌注型HiBi-PCF-FLM的高靈敏溫度傳感器，包括光子晶體光纖、光 纖耦合器和溫度敏感型溶液。在5cm長(zhǎng)的光子晶體光纖包層的空氣孔中灌入溫度敏感型溶液，從而形成高 雙折射效果，具體灌注方法可參考文獻(xiàn):Y. Y. Huang, Y. Xu, Amnon Yariv, "Fabrication of functional microstructured optical fibersthrough a selective-filling technique, "Applied Physics Letters, Vol. 85, No. 22，2004。光纖耦合器一邊的兩個(gè)端 口分別與灌注溫度敏感型溶液后的光子晶體光纖的兩端相連接，另一邊的兩個(gè)端口分別與 寬帶光源和波長(zhǎng)測(cè)量裝置相連。光子晶體光纖與光纖耦合器組成光纖環(huán)鏡結(jié)構(gòu)。
3[0009]本實(shí)用新型所具有的優(yōu)點(diǎn)為光纖環(huán)鏡內(nèi)兩束相向傳輸?shù)墓獾南辔徊顚?duì)溫度變化 非常敏感，在經(jīng)過(guò)光纖環(huán)鏡輸出端的干涉作用下，外界環(huán)境溫度的極小變化就能引起光纖 環(huán)鏡輸出譜的較大漂移，通過(guò)監(jiān)測(cè)干涉光譜中某一損耗峰的漂移量，就可以解調(diào)出溫度信 息，從而大大提高了溫度傳感的靈敏度，可以達(dá)到1. 8nm/°c，相比于布拉格光纖光柵溫度傳 感器高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)；用于傳感部分的光子晶體光纖長(zhǎng)度僅為5cm，相比于其他光纖環(huán)鏡 結(jié)構(gòu)的溫度傳感器大大縮小，因此該器件結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，可廣泛應(yīng)用于各種溫度監(jiān)測(cè)領(lǐng) 域。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖，圖2為本實(shí)用新型中光子晶體光纖及其包層小空氣 孔中灌注溫度敏感型后的端面示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步描述。如圖1所示，一種基于部分灌注型HiBi-PCF-FLM的高靈敏溫度傳感器，包括光子 晶體光纖1、光纖耦合器2和溫度敏感型溶液3。取5cm長(zhǎng)的光子晶體光纖1，在該光子晶體 光纖包層的小空氣孔中灌入溫度敏感型溶液3，形成高雙折射光子晶體光纖；將其兩端分 別與光纖耦合器2 —邊的兩個(gè)端口相連接，光纖耦合器另一邊的兩個(gè)端口分別與寬帶光源 與波長(zhǎng)測(cè)量裝置相連接。光子晶體光纖1與光纖耦合器2組成光纖環(huán)鏡結(jié)構(gòu)。當(dāng)寬帶光源 的光經(jīng)過(guò)光纖環(huán)鏡后在其輸出端口就能產(chǎn)生干涉，形成多個(gè)損耗峰，損耗峰的偏振消光比 可以達(dá)到20-30dB。本實(shí)用新型的工作方式為光纖耦合器將由寬帶光源發(fā)出的光分成兩束相向傳 輸?shù)墓膺M(jìn)入光纖環(huán)鏡，在光纖環(huán)鏡中傳播一周后通過(guò)光纖耦合器從光纖環(huán)鏡的輸出端口射 出。由于光子晶體光纖在灌注溫度敏感型后能達(dá)到較高的雙折射效果，因此兩束相反方向 傳播的光會(huì)產(chǎn)生相位差，其值為
φ = 2nlS.nL I λ其中Δη為光纖環(huán)鏡中兩相向傳輸?shù)墓獾恼凵渎什?，L為光子晶體光纖的長(zhǎng)度， λ為入射光波波長(zhǎng)。本實(shí)用新型中，Δ η可達(dá)到5.7 X 10_4，L為5cm，λ為1550 μ m。具有相位差的兩束光在光纖環(huán)鏡的輸出端相遇后會(huì)產(chǎn)生干涉，形成具有多個(gè)損耗 峰的干涉譜，干涉譜與相位差的關(guān)系如下
Γ = (1 一 cos φ) Il當(dāng)外界溫度變化時(shí)，會(huì)引起光子晶體光纖小孔中的溶液折射率發(fā)生微小改變，繼 而引起光纖環(huán)鏡中兩相向傳輸?shù)墓獾恼凵渎什钪诞a(chǎn)生變化，即引起兩者的相位差變化，根 據(jù)上述公式可知，干涉譜會(huì)發(fā)生漂移，通過(guò)監(jiān)測(cè)某個(gè)損耗峰隨溫度變化產(chǎn)生的漂移量，就可 以解調(diào)出溫度信息。本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)高靈敏度測(cè)溫的關(guān)鍵技術(shù)為所使用的光子晶體光纖在灌注 溫度敏感型后能達(dá)到較高的雙折射效果；光纖環(huán)鏡中兩束相向傳輸?shù)墓獾南辔徊顚?duì)溫度變
4化比較敏感，經(jīng)過(guò)光纖環(huán)鏡輸出譜的干涉作用，能帶來(lái)?yè)p耗峰的較大漂移，從而提高測(cè)溫時(shí) 的靈敏度。 本實(shí)施例中，選用的光子晶體光纖其包層中兩個(gè)大空氣孔的直徑為4. 5 μ m，其余 小空氣孔的直徑為2. 2 μ m，光纖長(zhǎng)度5cm。溫度敏感型液體為去離子水，室溫下的折射率為 1.333，折射率隨溫度的變化率為6. 24X IO-V0C ；傳感器溫度靈敏度達(dá)到1.8nm/°C。
權(quán)利要求一種基于部分灌注型HiBi PCF FLM的高靈敏溫度傳感器，包括光子晶體光纖(1)、光纖耦合器(2)和折射率溶液(3)，其特征在于該發(fā)明裝置的光纖耦合器一邊的兩個(gè)端口與灌注折射率溶液后的光子晶體光纖兩端相連接，另一邊的兩個(gè)端口分別與寬帶光源和波長(zhǎng)測(cè)量裝置相連接，光子晶體光纖與光纖耦合器組成光纖環(huán)鏡結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利1所述的光子晶體光纖，其特征在于包層中兩個(gè)大空氣孔的直徑為4.5μπι， 其余小空氣孔的直徑為2. 2 μ m，在包層的小空氣孔中灌注折射率溶液后能達(dá)到較高的雙折 射效果。
3.如權(quán)利1所述的光纖耦合器，其特征在于其分光比為1 1。
4.如權(quán)利1所述的折射率溶液，其特征在于其折射率對(duì)溫度較敏感，可以是水溶液或 液晶。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于部分灌注型HiBi-PCF-FLM的高靈敏溫度傳感器，以極其緊湊的結(jié)構(gòu)解決了一般光纖溫度傳感器存在的溫度靈敏度低的缺點(diǎn)。本實(shí)用新型中光子晶體光纖包層的小空氣孔中灌注一種溫度敏感型溶液，形成高雙折射光子晶體光纖。該光子晶體光纖兩端分別與光纖耦合器一邊的兩個(gè)端口相連接形成光纖環(huán)鏡結(jié)構(gòu)，光纖耦合器另一邊的兩個(gè)端口分別與寬帶光源和波長(zhǎng)測(cè)量裝置相連接。光纖耦合器將由寬帶光源發(fā)出的光分成兩束相向傳輸?shù)墓?，兩束光的相位差?duì)溫度變化非常敏感，在經(jīng)過(guò)光纖環(huán)鏡輸出端的干涉作用下，外界環(huán)境溫度的極小變化就能引起光纖環(huán)鏡輸出譜的較大漂移，通過(guò)監(jiān)測(cè)輸出譜中某個(gè)損耗峰的漂移就可以解調(diào)出溫度信息。本實(shí)用新型傳感器的體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)溫靈敏度高，可廣泛應(yīng)用于需高靈敏溫度監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G02B6/02GK201697728SQ201020211760
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者何少靈, 倪凱, 董新永, 趙春柳 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院