专利名称：一种基于双光子晶体光纤的温度不敏感液体折射率计的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光纤传感技术领域，涉及一种基于双光子晶体光纤的温度不敏感液体折射率计。
技术背景基于结构简单、抗电磁干扰、适用于远距离及分布式传感等诸多优点，光纤传感器在实际工程中取得了广泛的应用。对于液体折射率测量，传统做法是将光纤石英包层腐蚀，换以折射率敏感材料替代包层，制作光纤传感头，其缺点是腐蚀工艺复杂，难以控制。或者将两根光纤熔在一起作为光纤传感头，这样也要对光纤进行破坏，传感效果差，传感精度差；而采用光子晶体光纤作为液体折射率传感头，具有不改变光纤结构和灵敏度高等特点。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种基于双光子晶体光纤的温度不敏感液体折射率计。本实用新型通过以下技术方案实现一种基于双光子晶体光纤的温度不敏感液体折射率计由光源、单模光纤、第一光子晶体光纤、第二光子晶体光纤和光谱分析仪组成；光源经过单模光纤与第一光子晶体光纤相连，第二光子晶体光纤经过单模光纤与光谱分析仪相连，第一光子晶体光纤与第二光子晶体光纤之间通过单模光纤相连；第一光子晶体光纤作为液体折射率传感头浸入液体池中。所述光源的中心波长为1550nm、带宽为100 150nm。所述第一光子晶体光纤的纤芯直径范围为80 100 μ m,包层直径为128 150 μ m，空气孔包层为单圈孔结构，空气孔的直径范围为I 2μπι，空气孔之间的间隔尺寸范围为I 2 μ m,空气孔中心离光纤边缘距离为2 5 μ m。所述第二光子晶体光纤的纤芯直径范围为130 200 μ m,包层直径范围为200 300 μ m，空气孔包层为双圈孔结构，空气孔的直径范围为I 2μπι，空气孔之间的间隔尺寸范围为I 2 μ m,空气孔中心离光纤边缘距离为2 5 μ m。所述第一光子晶体光纤的长度范围为3 5cm,第二光子晶体光纤的长度范围为
3 5cm。所述第一光子晶体光纤和第二光子晶体光纤之间的单模光纤的长度范围为2 4m ο本实用新型的原理是系统中包含两根大芯径光子晶体光纤，分别为第一光子晶体光纤和第二光子晶体光纤，第一光子晶体光纤作为传感头浸入液体池中用于液体折射率的测量，第二光子晶体光纤用于温度补偿，实现该折射率计的温度不敏感。宽带光源所发出的光经单模光纤进入第一光子晶体光纤，产生多种高阶模，再由单模光纤进入第二光子晶体光纤，多种高阶模耦合进第二光子晶体光纤后面的单模光纤形成多模干涉，通过光谱分析仪进行监测。当第一光子晶体光纤外界的液体折射率发生改变时，多模干涉的共振峰发生漂移，通过测量该漂移量可以获得第一光子晶体光纤外界液体的折射率。当温度发生变化时，由于第二光子晶体光纤的多模干涉共振峰的等量漂移，所以该液体折射率计对温度不敏感，即保证了在不同环境温度下的液体折射率测量结果的一致性。本实用新型的有益效果该装置能够将待测液体的折射率变化转化为光子晶体光纤中的多模干涉共振峰的漂移，并且由于两根光子晶体光纤同时作用，通过测量两个具有相似的温度响应特性的共振峰的漂移量可获得温度不敏感的高灵敏度的液体折射率测量；同时该折射率计具有结构简单、易于操作等特点。
图I是本实用新型结构示意图；图2是第一光子晶体光纤的端面示意图；图3是第二光子晶体光纤的端面示意图；图4是两光子晶体光纤的光谱共振峰谱线曲线图；图5是光谱共振峰随液体折射率变化的漂移量的测量数据和拟合曲线图。
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1，一种基于双光子晶体光纤的温度不敏感液体折射率计由光源I、单模光纤2、第一光子晶体光纤3、第二光子晶体光纤4和光谱分析仪5组成。第一光子晶体光纤3和第二光子晶体光纤4分别与单模光纤2相连，与第一光子晶体光纤3相连的单模光纤2与光源I相连，与第二光子晶体光纤4相连的单模光纤2与光谱分析仪5相连，第一光子晶体光纤3作为液体折射率传感头浸入液体池6中。本实例中选用的光源I为中心波长为1550nm、带宽为IOOnm的宽带光源，第一光子晶体光纤3的纤芯直径为80 μ m，包层直径为128 μ m，空气孔包层为单圈孔结构，空气孔的直径为2 μ m,空气孔之间的间隔尺寸为2 μ m,空气孔中心离光纤边缘距离为3 μ m，其端面结构如图2所不。第二光子晶体光纤4的纤芯直径为130 μ m,包层直径为200 μ m,空气孔包层为双圈孔结构，空气孔的直径为2 μ m，空气孔之间的间隔尺寸为2 μ m，空气孔中心离光纤边缘距离为5μπι，其端面结构如图3所示。第一光子晶体光纤3的长度为4cm，第二光子晶体光纤4的长度为4cm。第一光子晶体光纤3和第二光子晶体光纤4之间的单模光纤2的长度为2m。光在单模光纤3中传输经过第一光子晶体光纤3时，外界液体的折射率与其产生 的多种模式相联系，同时通过第二光子晶体光纤4的温度补偿，耦合进第二光子晶体光纤4后面的单模光纤2发生多模干涉，可以获得两个共振峰，如图4所示，X1对应的是第一光子晶体光纤3对应的共振峰，λ 2对应的是第二光子晶体光纤4对应的共振峰。如果环境温度发生变化，共振峰入1和λ 2将同时发生漂移，因此温度效应可以消除，实现温度不敏感。图5是光谱共振峰随液体折射率变化的漂移量的测量数据和拟合曲线图，可见当液体折射率变化时，通过共振峰λ i产生的波长漂移间隔可以计算出待测液体的折射率，本装置获得的折射率测量精度为3xlCr5 RIU0
权利要求1.一种基于双光子晶体光纤的温度不敏感液体折射率计，其特征在于由光源、单模光纤、第一光子晶体光纤、第二光子晶体光纤和光谱分析仪组成；光源经过单模光纤与第一光子晶体光纤相连，第二光子晶体光纤经过单模光纤与光谱分析仪相连，第一光子晶体光纤与第二光子晶体光纤之间通过单模光纤相连；第一光子晶体光纤作为液体折射率传感头浸入液体池中。
2.根据权利要求I所述的一种基于双光子晶体光纤的温度不敏感液体折射率计，其特征在于所述光源的中心波长为1550nm、带宽为100 150nm。
3.根据权利要求I所述的一种基于双光子晶体光纤的温度不敏感液体折射率计，其特征在于第一光子晶体光纤的纤芯直径范围为80 100 μ m,包层直径为128 150 μ m,空气孔包层为单圈孔结构，空气孔的直径范围为I 2 μ m，空气孔之间的间隔尺寸范围为I 2μ m，空气孔中心离光纤边缘距离为2 5 μ m。
4.根据权利要求I所述的一种基于双光子晶体光纤的温度不敏感液体折射率计，其特征在于第二光子晶体光纤的纤芯直径范围为130 200 μ m,包层直径范围为200 300 μ m，空气孔包层为双圈孔结构，空气孔的直径范围为I 2μπι，空气孔之间的间隔尺寸范围为I 2 μ m,空气孔中心离光纤边缘距离为2 5 μ m。
5.根据权利要求I所述的一种基于双光子晶体光纤的温度不敏感液体折射率计，其特征在于第一光子晶体光纤的长度范围为3 5cm,第二光子晶体光纤的长度范围为3 5cm。
6.根据权利要求I所述的一种基于双光子晶体光纤的温度不敏感液体折射率计，其特征在于第一光子晶体光纤和第二光子晶体光纤之间的单模光纤的长度范围为2 4m。
专利摘要本实用新型涉及一种基于双光子晶体光纤的温度不敏感液体折射率计。现有折射率计传感效果差，传感精度差。本实用新型由光源、单模光纤、第一光子晶体光纤、第二光子晶体光纤和光谱分析仪组成；光源经过单模光纤与第一光子晶体光纤相连，第二光子晶体光纤经过单模光纤与光谱分析仪相连，第一光子晶体光纤与第二光子晶体光纤之间通过单模光纤相连；第一光子晶体光纤作为液体折射率传感头浸入液体池中。本实用新型结构通过测量两个具有相似的温度响应特性的共振峰的漂移量可获得温度不敏感的高灵敏度的液体折射率测量。
文档编号G01N21/45GK202362244SQ20112043007
公开日2012年8月1日 申请日期2011年11月3日 优先权日2011年11月3日
发明者吕心博, 张海峰 申请人:杭州电子科技大学