本發(fā)明涉及光纖傳感，特別涉及一種表面等離子體共振的環(huán)形光子晶體光纖溫度傳感器。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)今科技飛速發(fā)展的時(shí)代，對(duì)溫度的精確測量在眾多領(lǐng)域都具有至關(guān)重要的意義。從工業(yè)生產(chǎn)中的過程控制到生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的疾病診斷與監(jiān)測，準(zhǔn)確的溫度信息往往是實(shí)現(xiàn)高效、可靠操作的關(guān)鍵因素之一。

2、傳統(tǒng)的溫度傳感器雖然在一定程度上能夠滿足許多應(yīng)用場景的需求，但也存在著一些局限性。例如，熱電偶和熱電阻傳感器在精度和響應(yīng)速度方面可能受到限制，并且在一些特殊環(huán)境下，如強(qiáng)電磁場、腐蝕性環(huán)境中，其性能會(huì)受到較大影響。此外，一些傳統(tǒng)溫度傳感器的體積較大，難以滿足微型化和集成化的需求。

3、隨著光纖技術(shù)的不斷發(fā)展，光纖傳感器因其獨(dú)特的優(yōu)勢逐漸成為研究的熱點(diǎn)。光子晶體光纖作為一種新型的光纖結(jié)構(gòu)，具有許多優(yōu)異的特性。它可以通過靈活設(shè)計(jì)光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光的特定傳輸特性的調(diào)控。同時(shí)，光子晶體光纖具有抗電磁干擾、耐高溫、耐腐蝕、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，非常適合在復(fù)雜惡劣的環(huán)境中進(jìn)行溫度測量。

4、表面等離子體共振是一種發(fā)生在金屬與介質(zhì)界面處的光學(xué)現(xiàn)象。當(dāng)特定波長的光照射到金屬表面時(shí)，會(huì)激發(fā)表面等離子體波，使得反射光的強(qiáng)度在特定條件下發(fā)生急劇變化。這種變化對(duì)周圍環(huán)境的折射率非常敏感，而溫度的變化會(huì)引起環(huán)境折射率的改變。在此基礎(chǔ)上，通過在光子晶體光纖中添加溫度敏感液體，可以進(jìn)一步增強(qiáng)溫度傳感的性能。這種溫度敏感液體能夠隨著溫度的變化而改變其自身的折射率，從而更加靈敏地反映出溫度的變化。

5、現(xiàn)有的表面等離子體共振光子晶體光纖溫度傳感器，多采用空氣孔內(nèi)鍍膜以及注入溫度敏感液體的方式提高傳感器的溫度靈敏度，但這樣的方式加工非常困難，所以本文為簡化傳感器的制造難度，提升傳感器的性能，提出了一種包層外鍍膜的環(huán)形表面等離子體共振光子晶體光纖溫度傳感器。

6、因此，本申請(qǐng)研制了一種表面等離子體共振的環(huán)形光子晶體光纖溫度傳感器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的是：提供一種表面等離子體共振的環(huán)形光子晶體光纖溫度傳感器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中在滿足溫度傳感器高性能的同時(shí)，制造難度大大增加的問題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種表面等離子體共振的環(huán)形光子晶體光纖溫度傳感器，包括：光子晶體光纖、溫度敏感層；

3、所述光子晶體光纖內(nèi)部具有空氣孔，所述光子晶體光纖表面鍍有金膜；

4、所述溫度敏感層由氯仿和乙醇混合溶液組成，且氯仿和乙醇的體積比為1:1，以確保溫度敏感液體的折射率快速變化。

5、優(yōu)選的，所述光子晶體光纖呈環(huán)形，所述空氣孔包括第一層空氣孔和第二層空氣孔，并設(shè)置在所述光子晶體光纖的內(nèi)部，所述第一層空氣孔和所述第二層空氣孔沿所述光子晶體光纖的徑向依次設(shè)置，用于提高傳感器的靈敏度。

6、優(yōu)選的，所述第一層空氣孔呈六邊形分布，所述第二層空氣孔呈圓周分布，所述第一層空氣孔包括一對(duì)第一氣孔和多個(gè)第二氣孔，一對(duì)所述第一氣孔豎直設(shè)置，多個(gè)所述第二氣孔相對(duì)所述光子晶體光纖對(duì)稱，使一對(duì)所述第一氣孔和多個(gè)所述第二氣孔分布在六邊形的頂點(diǎn)。

7、優(yōu)選的，在所述光子晶體光纖的半徑為6.5μm時(shí)，所述第一氣孔的直徑小于所述第二氣孔的直徑，所述第一氣孔的直徑d1＝0.75μm，所述第二氣孔的直徑d2＝1.5μm，所述第二層空氣孔的直徑d3＝1.8μm。

8、優(yōu)選的，所述金膜與所述溫度敏感層直接接觸，所述金膜的厚度t＝37nm。

9、優(yōu)選的，所述第一氣孔和所述第二氣孔的圓心距所述光子晶體光纖的圓心之間的距離均為2.55μm，即空氣孔的間距p＝2.55μm。

10、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

11、(1)將溫度傳感器設(shè)計(jì)為環(huán)形結(jié)構(gòu)，并在環(huán)形結(jié)構(gòu)的表面覆膜，無需采用空氣孔內(nèi)鍍膜的方式，也不需要拋光，簡化了制造傳感器的復(fù)雜度；

12、(2)通過減小光子晶體光纖豎直方向的空氣孔大小及豎直方向的空氣孔的數(shù)量，增強(qiáng)了spp模式和芯模的模式耦合；

13、(3)采用乙醇和氯仿體積比為1:1的混合液體作為溫度敏感液體，氯仿熱敏系數(shù)大，但是折射率高，采用乙醇降低折射率，以保證溫度敏感液體的折射率快速變化，優(yōu)化后的傳感器可以檢測-10℃至60℃范圍內(nèi)的溫度，溫度靈敏度達(dá)到15.4nm/℃，性能優(yōu)異。

技術(shù)特征：

1.一種表面等離子體共振的環(huán)形光子晶體光纖溫度傳感器，其特征在于，包括：光子晶體光纖(1)、溫度敏感層(2)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面等離子體共振的環(huán)形光子晶體光纖溫度傳感器，其特征在于：所述光子晶體光纖(1)呈環(huán)形，所述空氣孔(3)包括第一層空氣孔(31)和第二層空氣孔(32)，并設(shè)置在所述光子晶體光纖(1)的內(nèi)部，所述第一層空氣孔(31)和所述第二層空氣孔(32)沿所述光子晶體光纖(1)的徑向依次設(shè)置，用于提高傳感器的靈敏度。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種表面等離子體共振的環(huán)形光子晶體光纖溫度傳感器，其特征在于：所述第一層空氣孔(31)呈六邊形分布，所述第二層空氣孔(32)呈圓周分布，所述第一層空氣孔(31)包括一對(duì)第一氣孔(311)和多個(gè)第二氣孔(312)，一對(duì)所述第一氣孔(311)豎直設(shè)置，多個(gè)所述第二氣孔(312)相對(duì)所述光子晶體光纖(1)對(duì)稱，使一對(duì)所述第一氣孔(311)和多個(gè)所述第二氣孔(312)分布在六邊形的頂點(diǎn)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種表面等離子體共振的環(huán)形光子晶體光纖溫度傳感器，其特征在于：在所述光子晶體光纖(1)的半徑為6.5μm時(shí)，所述第一氣孔(311)的直徑小于所述第二氣孔(312)的直徑，所述第一氣孔(311)的直徑d1＝0.75μm，所述第二氣孔(312)的直徑d2＝1.5μm，所述第二層空氣孔(32)的直徑d3＝1.8μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面等離子體共振的環(huán)形光子晶體光纖溫度傳感器，其特征在于：所述金膜(4)與所述溫度敏感層(2)直接接觸，所述金膜(4)的厚度t＝37nm。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種表面等離子體共振的環(huán)形光子晶體光纖溫度傳感器，其特征在于：所述第一氣孔(311)和所述第二氣孔(312)的圓心距所述光子晶體光纖(1)的圓心之間的距離均為2.55μm，即空氣孔的間距p＝2.55μm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種表面等離子體共振的環(huán)形光子晶體光纖溫度傳感器，包括：光子晶體光纖、溫度敏感層；光子晶體光纖內(nèi)部具有空氣孔，光子晶體光纖表面鍍有金膜；溫度敏感層由氯仿和乙醇混合溶液組成，且氯仿和乙醇的體積比為1:1，以確保溫度敏感液體的折射率快速變化，本發(fā)明中，將溫度傳感器設(shè)計(jì)為環(huán)形結(jié)構(gòu)，并在環(huán)形結(jié)構(gòu)的表面覆膜，無需采用空氣孔內(nèi)鍍膜的方式，簡化了制造傳感器的復(fù)雜度；并采用乙醇和氯仿體積比為1:1的混合液體作為溫度敏感液體，氯仿熱敏系數(shù)大但折射率高，采用乙醇降低折射率，以保證溫度敏感液體的折射率快速變化，使傳感器可以檢測?10℃至60℃范圍內(nèi)的溫度，溫度靈敏度達(dá)到15.4nm/℃，性能優(yōu)異。

技術(shù)研發(fā)人員：陳慶生,李海平,季嵐青,孫明陽,王少卿
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘇州盛拓半導(dǎo)體科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6