一种新型锥形保偏光纤折射率传感器的制作方法

本实用新型涉及光纤传感领域，尤其涉及一种基于锥形保偏光纤的灵敏度增强光纤折射率传感器。

背景技术：

光纤拉锥作为一种新颖的光纤微加工技术，可增加光的耦合效率,汇聚输出光的能量，提高系统的稳定性和灵活性，因其结构紧凑、制作简单、成本低等优点，已被广泛应用于生物、化学传感、数据存储、图像传感等领域，保偏光纤因为对线偏振光具有较强的偏振保持能力，并且与普通单模光纤有良好的相容性而在光纤通信和光纤传感系统中得到了越来越广泛应用。保偏光纤通过拉锥能够同时具有良好的传感能力和偏振保持能力，但是由于其固有双折射的影响，会降低其灵敏度，在拉锥保偏光纤PMF₁后熔接一段慢轴与之垂直的未拉锥的保偏光纤PMF₂，通过调节其长度和种类，能够有效降低拉锥保偏光纤固有双折射的影响，实现灵敏度的线性增强。

技术实现要素：

本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，提供一种新型锥形保偏光纤折射率传感器，可实现光纤的折射率灵敏度的线性增强。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种新型锥形保偏光纤折射率传感器，依次包括输入端单模光纤、锥形保偏光纤、未拉锥保偏光纤、输出端单模光纤，所述锥形保偏光纤为熊猫型保偏光纤拉锥结构。

进一步地，所述拉锥结构两端直径与中部锥腰直径比为2：1。

更进一步地，所述锥形保偏光纤两端直径为125μm，锥腰直径为62.5μm。

更进一步地，所述锥形保偏光纤长度与未拉锥保偏光纤长度差为0.2cm~2cm。

更进一步地，所述未拉锥保偏光纤的快慢轴和所述锥形保偏光纤的快慢轴相互垂直。

更进一步地，所述锥形保偏光纤为熊猫型保偏光纤拉锥形成。

更进一步地，所述输入端单模光纤输入端通过起偏器连接宽带光源，所述输出端单模光纤通过检偏器连接光谱仪。

实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：本实用新型的锥形保偏光纤折射率传感器以有效双折射作为传感量，能够实现锥形保偏光纤传感器灵敏度的线性增强。本实用新型光纤传感器采用在锥形保偏光纤PMF₁的旁边熔接一段快慢轴与之相互垂直的未拉锥保偏光纤PMF₂，制备简单而且能够使得灵敏度大幅度的线性提升，可以广泛应用于国防、工业生产等民用领域和生物化学等传感领域。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的应用结构示意图；

图3是本实用新型的折射率灵敏度实验图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。

参照图1所示的结构示意图。

本实用新型实施例的一种锥形保偏光纤折射率传感器，依次包括输入端单模光纤1、锥形保偏光纤(PMF₁)2、未拉锥保偏光纤(PMF₂)3以及输出端单模光纤4，在测试过程中，输入端单模光纤1通过起偏器与宽带光源相连，输出端单模光纤4通过检偏器与光谱仪相连，如图2所示。

锥形保偏光纤(PMF₁)2为熊猫型保偏光纤拉锥结构，两端直径为125μm,锥形区域为光纤直径缓变的绝热近似区，锥腰直径为62.5μm，两端与锥腰直径比为2:1，其锥区长度在满足近似的条件下可变。

灵敏度线性增强机制是采用一段未拉锥熊猫型保偏光纤。

未拉锥保偏光纤PMF₂的快慢轴和锥形保偏光纤PMF₁的快慢轴相互垂直。

锥形保偏光纤(PMF₁)2为传感区域，从光源输出的光经过起偏器变成线偏振光，偏振方向与锥形保偏光纤的主轴夹角为π/4，通过单模光纤输入到保偏光纤PMF₁后，分解为沿其快慢轴传输的两个线偏振光，产生相位差，然后通过未拉锥保偏光纤(PMF₂)，最后经过与起偏器通光方向相同的检偏器，两线偏振光相互干涉，用光谱仪测试透射谱。锥形保偏光纤PMF₁在保持沿主轴的偏振态的同时，其有效双折射会随着外界环境折射率的变化而改变。透射谱的波谷对应波长λ满足：

(m+1/2)λ=B₁L₁

其中为整数，B₁为锥形保偏光纤PMF₁的有效双折射，L₁为其长度，当有效双折射在环境折射率变化影响下改δ变δB₁时，波谷对应波长会发生移动，其移动量δλ满足：

δλ/λ=δB₁/B₁

对于本实用新型锥形保偏光纤折射率传感器而言，由于在锥形拉锥保偏光纤PMF₁之后熔接了一段快慢轴与之相互垂直的未拉锥保偏光纤PMF₂，使得透射波谷对应波长λ满足：

(m+1/2) λ=B₁L₁-B₂L₂

其中B₂为未拉锥保偏光纤PMF2的双折射，L₂为其长度，当锥形保偏光纤PMF₁的有效双折射在环境折射率变化影响下改变δB₁时，对应波长发生的移动量δλ变为：

δλ/λ=δB₁L₁/(B₁L₁-B₂L₂)

从上述公式中可以看出，在没有熔接未拉锥保偏光纤PMF₂时，锥形保偏光纤PMF₁的固有双折射会降低传感器的灵敏度，在锥形保偏光纤PMF₁熔接一段快慢轴与之相互垂直的未拉锥保偏光纤PMF₂后，通过控制未拉锥保偏光纤PMF₂的双折射（保偏光纤的种类）与长度就能够尽量消除PMF₁固有双折射对传感器检测灵敏性的不利影响，从而大大的，而且线性的提高波长移动量，很大程度上改善其作为传感被测量的响应灵敏度。

本实施例对折射率进行传感时的光路传输为，从宽带光源输出的光经过起偏器，再从输入端进入锥形保偏光纤PMF₁，在包层传输的两正交线偏振态受环境折射率的影响其传播常数发生不同大小的变化，然后通过快慢轴与之相互垂直的未拉锥保偏光纤PMF₂，最后两正交线偏振态通过检偏器产生干涉，透射谱在光谱仪上显示。

锥形保偏光纤长度与未拉锥保偏光纤长度差为0.2cm~2cm，优选锥形保偏光纤PMF₁长度为9cm，测得其折射率灵敏度为176.4nm/RIU,熔接上一段长度为7.5cm的快慢轴与之相互垂直的未拉锥保偏光纤PMF₂后，其折射率灵敏度线性增加到819.8nm/riu，实现了灵敏度的增强，如图3所示。

本实用新型提出的锥形保偏光纤折射率传感器，其优点在于：

（1）本实用新型采用锥形保偏光纤为传感区域，在具备较高灵敏度的同时具备良好的偏振保持能力；

（2）本实用新型能够在锥形保偏光纤的基础上实现灵敏度的线性增强；

（3）本实用新型体积小，结构简单，在制作的时候非常容易。

当然上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。