专利名称：高灵敏度光子晶体光纤折射率传感器及制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及光电子技术领域，具体涉及微纳光纤传感器的研究与制备。更具体而言，是通过与单模光纤进行熔接，再拉伸光子晶体光纤从而制备出高灵敏度的光子晶体光纤干涉型折射率传感器。
背景技术：
光纤干涉型传感器在许多领域有着很重要的应用，例如生物传感、食品安全、海水盐都的测量等。最近几年，因为光子晶体光纤的传播特性与传统光纤不同，所以基于光子晶体光纤的干涉传感器越来越得到广泛的关注。其中一个类型是通过熔融拼接普通单模光纤，利用熔接处光子晶体光纤中空洞塌缩从而激发高阶模式与基模相互干涉。不过由于光子晶体的尺寸较大，瞬逝场较小，所以它的折射率灵敏度很低，一般情况下基于光子晶体光 纤的非偏振干涉器件的折射率灵敏度 223nm/RIU (光子晶体光纤长度为2cm),对于折射率的灵敏度并不高，这在一定程度上也限制了光子晶体光纤的应用。
发明内容
本发明的目的是提出一种通过将一段光子晶体光纤与单模光纤熔接后再拉伸从而制备出高折射率灵敏度的光子晶体光纤传感器及制备方法。本发明的技术方案是高灵敏度光子晶体光纤折射率传感器，包括两端单模光纤连接一小段位于中段的微拉伸光子晶体光纤；拉伸后的长度变化< 0. 5cm。所述的微拉伸光子晶体光纤为固体芯和空气包层，长度一般为10毫米到30毫米。光在经过单模光纤与光子晶体光纤熔接点处塌缩区时会激发高阶模式，形成芯模和包层模传播，在经过第二个塌缩区时模式又都转变成芯模，最终形成双光束或者多光束干涉效应。高灵敏度光子晶体光纤折射率传感器将光子晶体光纤微拉伸，增大其瞬逝场，从而加强光场与周围环境介质的相互作用，大大提高灵敏度。高灵敏度光子晶体光纤折射率传感器的制备方法，输入输出导光利用普通单模光纤，单模光纤中间采用电弧方法熔接一小段光子晶体光纤，然后用火焰刷法加热光子晶体光纤中间，并拉伸光子晶体光纤，拉伸光子晶体光纤的长度为I毫米到5毫米。高灵敏度光子晶体光纤折射率传感器可作为传输型传感器，或作为反射型折射率传感器，反射型折射率传感器的结构是将一端的光子晶体光纤切平作为发射面，或者增加一个反射型器件。微拉伸光子晶体光纤中间部分，使其中间很短的一段直径变小，这样传感器总长仍旧处于厘米级。光纤的腰部直径变小从125微米到25微米。所用的光子晶体光纤为固体芯，空气包层，或使用空心光子晶体光纤，长度一般为几毫米到几十毫米。光子晶体光纤与单模光纤熔接前先用光纤切割刀将光纤端面切平，然后通过调节光纤熔接机的参数进行熔接以保证熔接后的各光纤光学性能较好。然后将熔接好的光纤放在电动平移台上，使氢气火焰加热光子晶体光纤的中间，并拉伸光子晶体光纤，由于拉伸后光子晶体光纤的腰部直径变小，从而增强光场与外界环境的相互作用，从而比普通干涉型光子晶体光纤传感器折射率灵敏度提高了很多。该折射率传感器光路特征为如图I所示，从ASE光源发出的光通过一段单模光纤，再通过被拉伸的光子晶体光纤，最后通过另一段单模光纤被光谱分析仪所接收。其中为避免光子晶体光纤弯曲而导致的损耗，故先将光纤伸直并在单模光纤两端用夹具固定好。光子晶体光纤一段置于一个凹槽里，并将通过加入不同液体，例如水、丙酮以及两者的混合液来进行折射率传感测量。如图2所示，光在经过单模光纤和光子晶体光纤熔接处塌缩区时会发生模式的转变，形成芯模和包层模传播，在经过另一个塌缩区时模式又都转变成芯模，最终形成双光束或者多光束干涉效应。
权利要求
1.高灵敏度光子晶体光纤折射率传感器，其特征是包括两端单模光纤连接一小段位于中段的微拉伸光子晶体光纤；拉伸后的长度变化< 0. 5cm ;所述的微拉伸光子晶体光纤为固体芯和空气包层，长度为10毫米到30毫米。
2.根据权利要求I所述的高灵敏度光子晶体光纤折射率传感器，其特征是长度为10毫米到30毫米。
3.根据权利要求I所述的高灵敏度光子晶体光纤折射率传感器，其特征是微拉伸光子晶体光纤中间部分，使其中间很短的一段直径变小。
4.根据权利要求I所述的高灵敏度光子晶体光纤折射率传感器，其特征是腰部直径为30微米的光子晶体光纤获得的折射率灵敏度为1629. 03nm/RIU。
5.根据权利要求I或2所述的高灵敏度光子晶体光纤折射率传感器，其特征是光子晶体光纤折射率传感器作为传输型传感器，或作为反射型传感器，反射型折射率传感器的结 构是将一端的光纤切平作为发射面，或者增加一个反射型器件。
6.高灵敏度光子晶体光纤折射率传感器的制备方法，其特征是输入输出导光利用普通单模光纤导光，单模光纤中间采用电弧方法熔接一小段光子晶体光纤，火焰法加热光子晶体光纤中部并拉伸光子晶体光纤，所用的光子晶体光纤为固体芯，空气包层，或使用空心光子晶体光纤，长度为10毫米到30毫米； 光子晶体光纤与单模光纤熔接前先用光纤切割刀将光纤端面切平，然后通过调节光纤熔接机的参数进行熔接以保证熔接后的各光纤光学性能较好；然后将熔接好的光纤放在电动平移台上，使氢气火焰加热光子晶体光纤的中间，并拉伸光子晶体光纤，由于拉伸后光子晶体光纤的腰部直径变小。
7.根据权利要求6所述的高灵敏度光子晶体光纤折射率传感器的制备方法，其特征是所用的光子晶体光纤为固体芯，空气包层，或使用空气芯光子晶体光纤。
8.根据权利要求6所述的高灵敏度光子晶体光纤折射率传感器的制备方法，其特征是光子晶体光纤的拉伸长度为I毫米到5毫米。
9.根据权利要求6所述的高灵敏度光子晶体光纤折射率传感器的制备方法，其特征是光子晶体光纤与单模光纤熔接前先用光纤切割刀将光纤端面切平，然后通过调节光纤熔接机的参数进行熔接以保证熔接后的各光学性能较好。
10.根据权利要求6所述的高灵敏度光子晶体光纤折射率传感器的制备方法，其特征是光纤的腰部直径变小从125微米到25微米。
全文摘要
本发明公开了高灵敏度光子晶体光纤折射率传感器及制法，包括两端单模光纤连接一小段位于中段的微拉伸光子晶体光纤；拉伸后的长度变化＜0.5cm；所述的微拉伸光子晶体光纤为固体芯和空气包层，长度为10毫米到30毫米。制备方法是通过微拉伸光子晶体光纤，降低光纤直径，增大了光场在空气中的部分，增加光场与环境的作用。本发明制备简单可行，在光纤传感等领域有广泛的应用前景。目前腰部直径为30微米的光子晶体光纤获得的折射率灵敏度为1629.03nm/RIU。
文档编号G01N21/45GK102749304SQ20121020395
公开日2012年10月24日 申请日期2012年6月20日 优先权日2012年6月20日
发明者徐飞, 李程, 胡伟, 邱孙杰, 陆延青, 陈烨 申请人:南京大学(苏州)高新技术研究院