专利名称：一种基于高双折射d型光纤环镜的折射率计的制作方法
技术领域：
本实用新型提供了一种基于高双折射D型光纤环镜的折射率计，属于光纤传感技术领域。
背景技术：
D型光纤是一种应用广泛的光纤传感器件，经常用在气体浓度探测、固体弯曲测量等。刻蚀技术的提高也增加了该传感器的灵敏度。最近，有人提出了带有布拉格结构的刻蚀D型光纤，它在化学检测方面灵敏度很高，这种将一个布拉格光栅和一个长周期光栅在D 型光纤中结合，以刻蚀技术提高灵敏度的传感器能实现对温度和折射率的同时测量。D型光纤其他的应用还有利用全反射的外差干涉测量法制成的折射计和利用表面胞质基因共振技术制成的生物传感器。在液体折射率测量中，也可以应用高双折射D型光纤于光纤环镜中进行温度和折射率的同时测量。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种基于高双折射D型光纤环镜的折射率计。该装置能够将D型光纤处环境温度和折射率的变化量转化为探测信号的波长漂移量，其结构简单、可测温度范围广、灵敏度高。本实用新型通过以下技术方案实现一种基于高双折射D型光纤环镜的折射率计，由宽带光源1、光谱分析仪2、偏振控制器3、D型光纤4、耦合器5组成；宽带光源1通过单模光纤连接耦合器5的输入端口，耦合器5的两耦合臂分别连接光偏振控制器3和D型光纤4，光谱分析仪2连接耦合器5的总输出端口 ；其中，偏振控制器3、D型光纤4、耦合器5构成一个光纤环镜。所述的一种基于高双折射D型光纤环镜的折射率计，其特征在于宽带光源1的中心波长为1550nm，宽度为100_200nm。所述的一种基于高双折射D型光纤环镜的折射率计，其特征在于偏振控制器3为型号为FPC030或FPC020的高消光比偏振控制器。所述的一种基于高双折射D型光纤环镜的折射率计，其特征在于D型光纤4横截面的底边长度范围为100-1 微米，D型光纤4的长度范围为100-300mm，D型光纤4的双折射系数差的范围为10_4-10_3。所述的一种基于高双折射D型光纤环镜的折射率计，其特征在于耦合器5为 2X2耦合器，耦合器的分光比为50 50。本实用新型的工作原理是用浓度为40%氢氟酸对高双折射光纤进行化学刻蚀， 刻蚀后光纤呈D形，刻蚀后该光纤包层对外界液体的折射率的敏感性大大增强。测量中将 D型光纤浸入折射率待测液体当中，液体的折射率会影响纤芯的双折射效应，改变快轴和慢轴的特性，进而影响光纤环镜中两路光的干涉叠加，使得其干涉峰发生漂移，通过光谱分析仪监测干涉峰的漂移量，从而获得待测液体的折射率。
具体实施方式
以下结合附图及实施实例对本实用新型作进一步描述参见附图1，一种基于高双折射D型光纤环镜的折射率计，由宽带光源1、光谱分析仪2、偏振控制器3、D型光纤4、耦合器5组成；光源1通过单模光纤连接耦合器5的输入端口，耦合器5的两耦合臂分别连接光偏振控制器3和D型光纤4，光谱分析仪2连接耦合器 5的总输出端口相连；其中，偏振控制器3、D型光纤4、耦合器5构成一个光纤环镜。本实例中采用的扩展光源1的中心波长为1550nm，宽度为lOOnm，所采用的偏振控制器3为型号为FPC030的高消光比偏振控制器，采用氢氟酸腐蚀后的D型光纤4横截面的底边长度为100微米，D型光纤4的长度为200mm，D型光纤4的双折射系数差为1. OX 10_4， 所采用的耦合器5为2X2耦合器，耦合器的分光比为50 50。图2是刻蚀前后D型光纤环镜的光谱响应曲线图，可见刻蚀后，光纤环镜中的两路光干涉峰略有漂移，峰间距增大约为1纳米，更加有利于测量液体折射率；图3是不同折射率液体对应的光谱变化曲线图，可见，D型光纤浸入不同折射率液体中时，各干涉峰的峰值波长不同，通过干涉峰的峰值波长之间的差值，可以求出D型光纤所浸入的液体的折射率。图4是波长与液体折射率的关系曲线，图5是波长与液体温度关系曲线，可见，当液体温度不同时，各干涉峰的峰值波长也不同，通过干涉峰的峰值波长之间的差值，可以求出D型光纤所浸入的液体的温度，并取通过分析可知，液体的温度和折射率关系是相互独立的。当选用具体的波长X1 = 1551. 6nm和λ 2 = 1569. 8nm这两个峰值波长来测量时， 公式中的相应的系数分别为 κη1 =-10. 17士2. 9nm/RIU，Kn2 = -IO-SSiiOnmZRIU, κ T1 =-0. 282 士 0. 004nm/°C, κ T2 = -0. 260 士 0. 007nm/°C。代入矩阵方程得
"-10.88 10.17
AT1[0026]An0.40
0.26
■0.28
(2) 假定两个干涉峰的波长分别为λ工和λ 2，通过对液体折射率和温度的变化进行测量，可以建立测量液体折射率和温度的矩阵方程
"Azl1
AT1KnlAn ~ KT2KT\其中D=K11Kn2-K K
ΛΛ， = 二 “ “1 / (1)通过不同温度和折射率下反射峰波长漂移的大小可以实现温度和折射率的测量。本实用新型的有益效果是利用高双折射D型光纤环镜可以实现对待侧液体的折射率和温度进行同时独立测量。
图1是一种基于高双折射D型光纤环镜的折射率计示意图图2是刻蚀前后D型光纤环镜的光谱响应曲线图图3是不同折射率液体对应的光谱变化曲线图图4是波长与液体折射率关系曲线图5是波长与液体温度关系曲线
Λ4
Δ Δ
4[0027] 可以实现液体温度和折射率的同时测量。
权利要求1.一种基于高双折射D型光纤环镜的折射率计，其特征在于由宽带光源(1)、光谱分析仪O)、偏振控制器(3)、D型光纤0)、耦合器( 组成；宽带光源(1)通过单模光纤连接耦合器(5)的输入端口，耦合器(5)的两耦合臂分别连接光偏振控制器C3)和D型光纤 G)，光谱分析仪⑵连接耦合器(5)的总输出端口 ；其中，偏振控制器(3)、D型光纤0)、 耦合器( 构成一个光纤环镜。
2.根据权利要求1所述的一种基于高双折射D型光纤环镜的折射率计，其特征在于 宽带光源(1)的中心波长为1550nm，宽度为100_200nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于高双折射D型光纤环镜的折射率计，其特征在于 偏振控制器C3)为型号为FPC030或FPC020的高消光比偏振控制器。
4.根据权利要求1所述的一种基于高双折射D型光纤环镜的折射率计，其特征在于D 型光纤(4)横截面的底边长度范围为100-1 微米，D型光纤(4)的长度范围为100-300mm， D型光纤⑷的双折射系数差的范围为10_4-10_3。
5.根据权利要求1所述的一种基于高双折射D型光纤环镜的折射率计，其特征在于 耦合器(5)为2X2耦合器，耦合器的分光比为50 50。
专利摘要一种基于高双折射D型光纤环镜的折射率计，其特征在于由宽带光源(1)、光谱分析仪(2)、偏振控制器(3)、D型光纤(4)、耦合器(5)组成；宽带光源(1)通过单模光纤连接耦合器(5)的输入端口，耦合器(5)的两耦合臂分别连接光偏振控制器(3)和D型光纤(4)，光谱分析仪(2)连接耦合器(5)的总输出端口；其中，偏振控制器(3)、D型光纤(4)、耦合器(5)构成一个光纤环镜；外界液体折射率的变化将影响光纤环镜中的两路光的干涉，通过光谱分析仪可以测量两路光干涉峰的漂移，通过干涉峰的漂移量可以实现对D型光纤周围液体的折射率测量；该传感器灵敏度较高、可测折射率的范围大，可以应用于各类实际工程中。
文档编号G01K11/32GK202305405SQ20112033480
公开日2012年7月4日 申请日期2011年9月6日 优先权日2011年9月6日
发明者沈常宇, 牟晟, 褚金雷, 邹新, 钟川 申请人:杭州有源光电科技有限公司