本发明涉及光纤随机激光测量方法领域，具体是一种基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法。
背景技术：
随机激光不同于传统的激光，其不需要传统激光器所需要的反射镜构成的谐振腔，它只依赖增益介质和无序散射介质获得反馈和光放大。自从letokhov在理论上提出随机激光以来，随机激光就被广泛的研究并且应用。随机激光没有确定的光学谐振腔，这也就导致了发射光谱的不可预知性。为了提高随机激光的效率和控制随机激光的方向，人们利用光纤的一维束缚作用得到高效率、低阈值以及有方向性的随机激光，称之为光纤随机激光。
而光波是一种电磁波，根据光的波动原理，当光波入射到纤芯与包层的分界面时，一部分光会透入包层一定的深度，并产生一种沿径向呈指数衰减的消逝波，从而形成消逝场。利用消逝场原理制成的传感器是一种功能型光纤传感器,其核心器件是一个传感光纤探头,当消逝场与具有吸收性质的被测物质发生作用引起能量吸收时,表现为光纤输出的光强减弱，因此通过测量输出光强的大小就可以反推出待测物质的具体被测信息，这就是光纤消逝场传感器的探测原理。光纤消逝场传感器具有响应速度快、体积小、试剂耗量小以及抗电磁干扰能力强等突出优点,特别是基于消逝场吸收与荧光激发的光纤消逝场传感器结构简单、抗酸碱腐蚀能力强、空间适应性好而且成本较低，作为一个多学科交叉新兴的应用技术具有广阔的应用前景。聚合物光纤由于其柔性好、低成本、易于处理、较大的数值孔径受到了很多的关注。它们已经被应用在各种各样的领域，例如光纤传感器、短距离数据传输和照明设备。随着聚合物光纤的发展，研究人员主要将工作集中在有源聚合物光纤放大器和激光器领域，因此随机激光有望用于激光成像、光纤传感和通讯等一些邻域。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，用以获取聚合物光纤不同位置时的随机激光，并检测聚合物样品在不同折射率溶液中的传感特性。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、调配涂敷层物料：
选择聚甲基丙烯酸甲酯或者甲基丙烯酸苄酯、丙酮溶液和激光染料为原料配置涂覆层物料，聚甲基丙烯酸甲酯的质量为丙酮质量的10%-20%，激光染料的质量为聚甲基丙烯酸甲酯质量的3%-5%，并将聚甲基丙烯酸甲酯溶解在丙酮溶液中，再将激光燃料溶解在丙酮溶液中，调配出涂覆层物料；
（2）、将涂敷层物料涂敷至待测聚合物光纤表面：
用胶头滴管吸取涂覆层物料并保持水平，将待测聚合物光纤样品缓慢伸入胶头滴管中并匀速抽出，使涂敷层物料涂敷附着在待测聚合物光纤样品表面，然后再将涂敷过物料后的待测聚合物光纤样品自然干燥，其中待测聚合物光纤样品的材料为聚甲基丙烯酸甲酯；
（3）、聚合物光纤样品随机测试：
采用纳秒激光器作为泵浦光源，使泵浦激光从涂覆有涂覆层物料的待测聚合物光纤样品的一端耦合至待测聚合物光纤样品，采用光纤光谱仪，并使光纤光谱仪的光纤探头分别在待测聚合物光纤样品的侧面上方和另一端位置接收待测聚合物光纤样品发出的随机激光，并测试聚合物光纤样品在不同折射率溶液中的传感特性，测试多次重复测量后，由光纤光谱仪获得随机激光的光谱信息。
所述的基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，其特征在于：步骤（1）中，聚甲基丙烯酸甲酯的质量为丙酮质量的10%-20%，激光染料的质量为聚甲基丙烯酸甲酯质量的3%-5%。
所述的基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，其特征在于：步骤（1）中，激光染料为pm597、罗丹明6g、dcm中的任意一种。
所述的基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，其特征在于：步骤（2）中待测聚合物光纤样品在送入胶头滴管前需拉直。
所述的基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，其特征在于：步骤（3）中，纳秒激光器发出的泵浦激光通过控制其能量和偏振方向的格兰镜组，再通过凸透镜后从待测聚合物光纤样品的一端耦合至待测聚合物光纤样品。
所述的基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，其特征在于：步骤（3）中，待测聚合物光纤样品放置在三维调节架上，通过三维调节架调节待测聚合物光纤样品位置使得泵浦激光最优耦合进入待测聚合物光纤样品。
所述的基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，其特征在于：步骤（3）中，光纤光谱仪的光纤探头放置在三维调节架上，通过三维调节架调节光纤探头位置使得光纤探头接收的随机激光强度最强。
所述的基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，其特征在于：步骤（3）中，光纤光谱仪的光纤探头在待测聚合物光纤样品的侧面上方时，测得的是待测聚合物光纤样品径向方向的随机激光；
步骤（3）中，光纤光谱仪的光纤探头在待测聚合物光纤样品的另一端位置时，测得的是待测聚合物光纤样品轴向方向的随机激光。
所述的基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，其特征在于：步骤（3）中，光纤光谱仪的光纤探头在待测聚合物光纤样品的另一端位置时，每测试一个位置后，将端部已测的聚合物光纤样品切去一定长度，直至待测聚合物光纤样品长度降低为设定长度值。
所述的基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，其特征在于：步骤（3）中，在无盖正方体容器的对立面对称位置通一个与聚合物光纤样品同样大小的孔，将样品穿过孔放置在容器里并固定在实验升降台上。光纤光谱仪的光纤探头在待测聚合物光纤样品的另一端位置，向容器里注入水，测出样品刚接触水、一半浸没在水中以及全浸没在水中的光谱信息，再依次向水溶液中滴加5次3ml乙醇，每两次加水及乙醇的时间间隔为3分钟，观察并记录聚合物光纤样品在不同折射率溶液中的光谱变化。
本发明的原理是：
本发明第一次实现了基于消逝场原理聚合物光纤不同位置时随机激光测试，
通过在聚合物光纤样品表面涂覆一层含有激光染料的物料，测试不同位置、不同长度时的聚合物光纤产生随机激光的特性参数的变化，证明了光纤消逝场原理对聚合物光纤随机激光特性参数的影响。通过测试聚合物光纤在不同折射率溶液中产生随机激光的变化，即测试聚合物光纤在不同散射体系中的传感特性，可知当消逝场与不同物质发生作用引起能量变化时,表现为光纤输出的光强改变，因此通过测量输出光强的大小就可以反推出待测物质的具体被测信息，从而应用于光纤传感领域。
本发明的有益效果在于：
本发明的方法在测试聚合物光纤不同位置时的随机激光实验中可多次测试，在测试不同折射率溶液对随机激光的影响中，通过改变混合溶液的折射率来检测随机激光的变化，并将其应用在传感器领域，该发明在研究消逝场原理对聚合物随机激光的影响方面将具有重要的意义。
附图说明
图1是与本发明实施例一致的侧面接收聚合物光纤随机激光测试装置图。
图2（a）是与本发明实施例一致的在侧面1cm处接收随机激光的发射光谱图，插图为泵浦能量与随机激光主峰波长关系图。（b）是与本发明实施例一致的在侧面2cm处接收随机激光的发射光谱图，插图为泵浦能量与随机激光主峰波长关系图。（c）是与本发明实施例一致的在侧面3cm处接收随机激光的发射光谱图，插图为泵浦能量与随机激光主峰波长关系图。（d）是与本发明实施例一致的在侧面4cm处接收随机激光的发射光谱图，插图为泵浦能量与随机激光主峰波长关系图。（e）是与本发明实施例一致的在侧面5cm处接收随机激光的发射光谱图，插图为泵浦能量与随机激光主峰波长关系图。
图3是与本发明实施例一致的端面接收聚合物光纤随机激光测试装置图。
图4（a）是与本发明实施例一致的聚合物光纤样品的端面图。（b）是与本发明实施例一致的聚合物光纤样品的端面局部放大图。
图5（a）是与本发明实施例一致的在端面5cm处接收随机激光的发射光谱图，插图为泵浦能量与随机激光主峰波长关系图。（b）是与本发明实施例一致的在端面4cm处接收随机激光的发射光谱图，插图为泵浦能量与随机激光主峰波长关系图。(c)是与本发明实施例一致的在端面3cm处接收随机激光的发射光谱图，插图为泵浦能量与随机激光主峰波长关系图。（d）是与本发明实施例一致的在端面2cm处接收随机激光的发射光谱图，插图为泵浦能量与随机激光主峰波长关系图。（e）是与本发明实施例一致的在端面1cm处接收随机激光的发射光谱图，插图为泵浦能量与随机激光主峰波长关系图。
图6是与本发明实施例一致的聚合物光纤样品传感实验测试装置图。
图7是与本发明实施例一致的聚合物光纤样品在不同折射率溶液中产生的随机激光光谱图。
具体实施方式
如图1所示，1、基于消逝场原理聚合物光纤随机激光传感测试方法，包括以下步骤：
（1）、调配涂敷层物料：
选择聚甲基丙烯酸甲酯或者甲基丙烯酸苄酯、丙酮和激光染料为原料配置涂覆层物料，其中聚甲基丙烯酸甲酯的质量为丙酮质量的10%-20%，激光染料的质量为聚甲基丙烯酸甲酯质量的3%-5%，并将聚甲基丙烯酸甲酯溶解在丙酮溶液中，再将激光燃料溶解在丙酮溶液中，调配出涂覆层物料；
（2）、将涂敷层物料涂敷至待测聚合物光纤表面：
用胶头滴管吸取涂覆层物料并保持水平，将待测聚合物光纤样品缓慢伸入胶头滴管中并匀速抽出，使涂敷层物料涂敷附着在待测聚合物光纤样品表面，然后再将涂敷过物料后的待测聚合物光纤样品自然干燥，其中待测聚合物光纤样品的材料为聚甲基丙烯酸甲酯，待测聚合物光纤样品直径为998~1002um,涂覆层的厚度为8~10um。
（3）、聚合物光纤样品随机测试：
采用泵浦激光器作为泵浦光源，使泵浦激光从涂覆有涂覆层物料的待测聚合物光纤样品的一端耦合至待测聚合物光纤样品，采用光纤光谱仪（qe65pro，oceanoptics，分辨率~0.4nm，积分时间100ms），并使光纤光谱仪的光纤探头分别在待测聚合物光纤样品的侧面上方和另一端位置接收待测聚合物光纤样品发出的随机激光，多次重复测量后，由光纤光谱仪获得随机激光的光谱信息。
步骤（1）中，聚甲基丙烯酸甲酯的质量为丙酮质量的10%-20%，激光染料的质量为聚甲基丙烯酸甲酯质量的3%-5%。
步骤（1）中，激光染料为pm597、罗丹明6g、dcm中的任意一种。
步骤（2）中待测聚合物光纤样品在送入胶头滴管前需拉直。
步骤（3）中，泵浦激光器发出的泵浦激光通过控制其能量和偏振方向的格兰镜组，再通过10cm焦距的凸透镜后从待测聚合物光纤样品的一端耦合至待测聚合物光纤样品。
步骤（3）中，待测聚合物光纤样品放置在三维调节架上，通过三维调节架调节待测聚合物光纤样品位置使得泵浦激光最优耦合进入待测聚合物光纤样品。
步骤（3）中，光纤光谱仪的光纤探头放置在三维调节架上，通过三维调节架调节光纤探头位置使得光纤探头接收的随机激光强度最强。
步骤（3）中，光纤光谱仪的光纤探头在待测聚合物光纤样品的侧面上方时（距离聚合物光纤3~5mm处），测得的是待测聚合物光纤样品径向方向1-5cm位置处的随机激光；
步骤（3）中，光纤光谱仪的光纤探头在待测聚合物光纤样品的另一端位置时（距离聚合物光纤3~5mm处），测得的是待测聚合物光纤样品轴向方向5-1cm位置处的的随机激光。
步骤（3）中，光纤光谱仪的光纤探头在待测聚合物光纤样品的另一端位置时，每测试一个位置后，将端部已测的聚合物光纤样品切去1cm，直至待测聚合物光纤样品长度降低到长度为1cm。
（4）聚合物光纤样品传感实验测试
如图6所示，聚合物光纤样品在不同折射率溶液中的传感实验测试装置图。在无盖正方体容器的对立面对称位置通一个与聚合物光纤样品同样大小的孔，将样品穿过孔放置在容器里并固定在实验升降台上。所发射泵浦激光通过控制其能量和偏振方向的格兰镜组，再通过10cm焦距的凸透镜耦合入聚合物光纤样品，调节升降台使得泵浦激光最优耦合进入样品，使用光纤光谱仪（qe65pro，oceanoptics，分辨率~0.4nm，积分时间100ms）在另一端面接收聚合物光纤发出的随机激光，光纤探头固定在三维调节架上，并将光纤探头移至聚合物光纤另一端面位置（距离聚合物光纤3~5mm处），调节探头接收最强激光强度。
向容器里注入水，测出样品刚接触水、一半浸没在水中以及全浸没在水中的光谱变化，再依次向水溶液中滴加5次3ml乙醇，每两次加水及乙醇的时间间隔为3分钟，观察并记录聚合物光纤样品在不同折射率溶液中的光谱变化。
实施例一测试：端面泵浦聚合物光纤侧面接收随机激光
实验测量基于消逝场原理聚合物光纤随机激光
理论上聚合物光纤不同位置时的随机激光的阈值是有一定的变化规律的，为了进一步验证这一理论，从实验上测量聚合物光纤不同位置时的随机激光的特性。
如图2(a)~(e)是实验测得样品在端面泵浦激光时，分别在侧面1cm~5cm处接收随机激光的光谱图。如图2（a）中，我们可以看到当泵浦能量为0.40mj时，光谱峰在595.6nm时的半峰宽为0.3nm，图2（b）中，当泵浦能量为0.30mj时，光谱峰在590.3nm时的半峰宽为0.5nm，图2（c）中，当泵浦能量为0.50mj时，光谱峰在594.3nm时的半峰宽为0.3nm；如图2（d）中，当泵浦能量为0.40mj时，光谱峰在595.1nm时的半峰宽为0.5nm，图2（e）中，当泵浦能量为0.60mj时，光谱峰在595.6nm时的半峰宽为0.4nm。如图2（a）~(e)中的插图，是为了定量的看出随机激光的阈值，我们做出了随机激光的阈值图，实验样品在距离泵浦端面1cm、2cm、3cm、4cm和5cm处的阈值分别为0.030mj、0.056mj、0.095mj、0.110mj和0.170mj，由此可以得出，端面泵浦聚合物光纤侧面接收随机激光的实验，证明了当测试聚合物光纤随机激光接收端的位置与泵浦端面的距离增大时，随机激光的阈值也增大。
实施例二测试：端面泵浦聚合物光纤端面接收随机激光
如图5(a)~(e)是实验测得样品在端面泵浦激光时，分别在另一端面5cm~1cm处接收随机激光的光谱图。如图5（a）中，我们可以看到当泵浦能量为0.065mj时，光谱峰在586.3nm时的半峰宽为0.3nm，图5（b）中，当泵浦能量为0.042mj时，光谱峰在589.1nm时的半峰宽为0.5nm，图5（c）中，当泵浦能量为0.038mj时，光谱峰在595.4nm时的半峰宽为0.3nm；如图5（d）中，当泵浦能量为0.026mj时，光谱峰在584.5nm时的半峰宽为0.4nm，图5（e）中，当泵浦能量为0.045mj时，光谱峰在583.7nm时的半峰宽为0.3nm。如图5（a）~(e)中的插图，是为了定量的看出随机激光阈值，本发明做出的随机激光的阈值图，实验样品在距离泵浦端面5cm、4cm、3cm、2cm和1cm处的阈值分别为0.0245mj、0.024mj、0.024mj、0.0205mj和0.0247mj，由此可以得出，端面泵浦聚合物光纤端面接收随机激光的实验，证明了当测试聚合物光纤随机激光接收端的位置与泵浦端面的距离缩小时，随机激光的阈值基本保持不变。
实施例三测试：聚合物光纤样品传感实验
如图6所示，聚合物光纤样品在不同折射率溶液中的传感实验测试装置图。在无盖正方体容器的对立面对称位置通一个与聚合物光纤样品同样大小的孔，将样品穿过孔放置在容器里并固定在实验升降台上。所发射泵浦激光通过控制其能量和偏振方向的格兰镜组，再通过10cm焦距的凸透镜耦合入聚合物光纤样品，调节升降台使得泵浦激光最优耦合进入样品，使用光纤光谱仪（qe65pro，oceanoptics，分辨率~0.4nm，积分时间100ms）在另一端面接收聚合物光纤发出的随机激光，光纤探头固定在三维调节架上，并将光纤探头移至聚合物光纤另一端面位置（距离聚合物光纤3~5mm处），调节探头接收最强激光强度。
向容器里注入水，测出样品刚接触水、一半浸没在水中以及全浸没在水中的光谱变化，再依次向水溶液中滴加5次3ml乙醇，每两次加水及乙醇的时间间隔为3分钟，观察并记录聚合物光纤样品在不同折射率溶液中的光谱变化，如图7，可以看出随着乙醇量的增加时（即此时散射体系的折射率增大），随机激光的强度是逐渐增强的，由此可以得出，高折射率的乙醇混合溶液对随机激光的强度具有促进作用。
根据消逝场原理，我们可以知道，当光波入射到纤芯与包层的分界面时，一部分光会透入包层一定的深度，并产生一种沿径向呈指数衰减的消逝波，而在本发明中端面泵浦聚合物光纤侧面接收随机激光的实验中，接收端距离甭面端面越远时，随机激光的阈值越大，这就证明了本发明研究的是基于消逝场原理的聚合物随机激光。当消逝场与不同物质发生作用引起能量变化时,表现为光纤输出的光强改变，因此通过测量输出光强的大小就可以反推出待测物质的具体被测信息，从而应用于光纤传感领域。