锥头(SMST)的直径约为3 μ m0
[0029]所述的多模光纤锥头的尖端被聚焦离子束(FIB)系统切平。
[0030]所述的单模-多模-单模光纤锥头(SMST)的锥头端面镀有40_金膜，以作为反射镜。
[0031]所述的单模-多模-单模光纤锥头(SMST)被聚焦离子束(FIB)系统刻蚀成周期性光栅结构以作为反射镜。
[0032]所述的单模-多模-单模光纤锥头(SMST)小型光纤折射率传感器的输入端采用斜切的方式以防止光纤组件的背向反射。
[0033]超连续宽带(SC)光源1发出的波长在450nm — 1800nm的光通过光纤9进入环形器2后，经光纤10到达直径约为2.94 μ m单模-多模-单模光纤锥头3 ;带有周期性光栅结构12的多模光纤锥头6是由一段42mm长，数值孔径为0.22，纤芯半径为105 μ m的阶跃型折射率多模光纤所制成的，在带有周期性光栅结构12的多模光纤锥头6的纤芯中，部分LPOm模会与光纤包层中的高阶模在锥形区开始的位置发生耦合，产生多模干涉并在周期性光栅结构12和40mm厚的金膜7处发生反射；反射回来的光通过光纤10传输到环形器中，并从光纤11中传输到光谱分析仪4中；由于从光纤11输出到光谱分析仪4中的光的有效折射率会随着外部介质的折射率变化，而有效折射率与光的波长有关，从而可以从光谱仪4中得到相应的波长信息中得到外部介质的折射率。
[0034]基于单模-多模-单模光纤锥头(SMST)的小型光纤折射率传感器的测量外部介质折射率的工作方法主要是:
[0035]利用单模-多模-单模光纤锥头(SMST)中的锥形过渡区和锥头区导模(即多模干涉)的有效折射率均受外部介质折射率影响的特性，来实现对外部介质折射率的测量。通过检测输出信号光，得到输出信号光的有效折射率，从而计算得到外部介质折射率。
[0036]超连续宽带(SC)光源1发出的波长在450nm — 1800nm的光通过光纤9进入环形器2后，经光纤10到达单模-多模-单模光纤锥头3 ;在带有周期性光栅结构12的多模光纤锥头6的纤芯中，部分LPOm模会与光纤包层中的高阶模在锥形区开始的位置发生耦合，产生多模干涉并在周期性光栅结构12和金膜7处发生反射；反射回来的光通过光纤10传输到环形器中，并从光纤11中传输到光谱分析仪4中；由于从光纤11输出到光谱分析仪4中的光的有效折射率会随着外部介质的折射率变化，而有效折射率与光的波长有关，从而可以从光谱仪4中得到相应的波长信息中得到外部介质的折射率。
[0037]本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。尽管上面对本发明说明性的【具体实施方式】进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于【具体实施方式】的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
【主权项】
1.一种基于单模-多模-单模光纤锥头(SMST)的小型光纤折射率传感器，其特征在于，包括一个超连续宽带(SC)光源(I)、一个环形器(2)、一个单模-多模-单模光纤锥头(3)、一个光谱分析仪(4);所述的单模-多模-单模光纤锥头(3)包括一根输入/输出单模光纤(5)、一根带有光栅结构(12)的多模光纤锥头(6)和镀在锥头端面作为反射镜的金膜(7)以及光纤包层⑶； 超连续宽带(SC)光源(1)、环形器(2)、单模-多模-单模光纤锥头(3)和光谱分析仪(4)构成一个小型光纤折射率传感器，一根输入/输出单模光纤(5)、一根带有光栅结构(12)的多模光纤锥头￠)、镀在锥头端面作为反射镜的金膜(7)和光纤包层(8)集成于一体，构成单模-多模-单模光纤锥头(3);超连续宽带(SC)光源发出的波长在450nm—ISOOnm的光通过光纤(9)进入环形器(2)后，经光纤(10)到达单模-多模-单模光纤锥头(3);在带有光栅结构的多模光纤锥头(6)的纤芯中，部分LPOm模会与光纤包层(8)中的高阶模在锥形区开始的位置发生耦合并在单模-多模-单模光纤锥头(3)中的周期性光栅结构(12)和金膜(7)处发生反射；反射回来的光通过光纤(10)传输到环形器(2)中，并从光纤(11)中传输到光谱分析仪(4)中，从而通过光谱分析仪(4)中测得外部介质折射率。2.根据权利要求1所述的一种基于单模-多模-单模光纤锥头(SMST)的小型光纤折射率传感器，其特征在于，单模-多模-单模光纤样品中的多模部分是一段42_长，数值孔径为0.22，纤芯半径为105 μ m的阶跃型折射率多模光纤。3.根据权利要求1所述的一种基于单模-多模-单模光纤锥头(SMST)的小型光纤折射率传感器，其特征在于，单模-多模-单模光纤锥头(SMST)的直径约为3 μ m。4.根据权利要求1所述的一种基于单模-多模-单模光纤锥头(SMST)的小型光纤折射率传感器，其特征在于，多模光纤锥头的尖端被聚焦离子束系统(FIB)切平。5.根据权利要求1所述的一种基于单模-多模-单模光纤锥头(SMST)的小型光纤折射率传感器，其特征在于，多模光纤锥头被聚焦离子束(FIB)系统刻蚀成周期性光栅结构。6.根据权利要求1所述的一种基于单模-多模-单模光纤锥头(SMST)的小型光纤折射率传感器，其特征在于，锥头端面镀有40_金膜，以增强端面反射。7.根据权利要求1所述的一种基于单模-多模-单模光纤锥头(SMST)的小型光纤折射率传感器，其特征在于，在超连续宽带(SC)光源输出端采用斜切的方式以防止光纤组件的背向反射对光源产生影响。8.一种如权利要求1至7之一所述的基于单模-多模-单模光纤锥头(SMST)的小型光纤折射率传感器的测量折射率的工作方法，其特征在于: 利用单模-多模-单模光纤锥头的锥形过渡区和锥头区导模(即多模干涉)的有效折射率均受外部介质折射率影响的特性，通过检测输出信号光来得到外部介质的折射率； 超连续宽带(SC)光源发出的波长在450nm — 1800nm的光通过光纤(9)进入环形器(2)后，经光纤(10)到达单模-多模-单模光纤锥头(3);在多模光纤锥头￠)的纤芯中，部分LPOm模会与光纤包层(8)中的高阶模在锥形区开始的位置发生耦合，产生多模干涉并在光纤锥头中的周期性光栅结构(12)和金膜(7)处发生反射；反射回来的光通过光纤(10)传输到环形器⑵中，并从光纤(11)中传输到光谱分析仪⑷中；由于从光纤(11)输出到光谱分析仪(4)中的光的有效折射率会随着外部介质的折射率变化，而有效折射率与光的波长有关，从而可以从光谱仪中得到相应的波长信息中得到外部介质的折射率。
【专利摘要】本发明公开了一种基于单模-多模-单模光纤锥头(SMST)的小型光纤折射率传感器，采用聚焦等离子束刻蚀的方法以获得平整的光纤锥头，并在多模光纤的锥头端面镀金膜、用聚焦等离子束刻蚀方法在锥头区域刻蚀光栅以提高反射率。本发明发挥了锥形过渡区和锥头区导模(即多模干涉)的有效折射率对外部介质折射率变化的敏感性，具有较高的折射率测量灵敏度，SMST的空间分辨率较高，可插入窄孔，并且具有尺寸小巧、加工方便、线性响应、易于与其他光纤组件连接以及低成本等优势，可广泛应用于化学和生物传感等领域。
【IPC分类】G01N21/41
【公开号】CN105241842
【申请号】CN201510763499
【发明人】丁铭, 代玲玲, 胡焱晖
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年11月10日