一种利用波长大于纤芯模波长区域内共振测量溶液折射率的方法与流程

本发明属于光纤传感技术领域，特别涉及一种溶液折射率测量方法。

背景技术：

折射率测量在生物化学领域、环境检测、生命科学等领域具有十分重要的意义。因此，研究人员对折射率测量设备及方法进行了大量的研究，其中光纤以其尺寸小、带宽广、不受光强变化及电磁干扰、抗腐蚀等优势,引起了广泛的研究兴趣。

目前利用光纤测量折射率的设备及方法依然存在不足，例如大部分利用光纤测量折射率时，均需将它们的栅区或者微结构区域浸没在待测溶液中。由于这些区域强度低，在使用过程中容易断裂，且难以修复，会造成巨大的损失。故部分学者开始利用尾纤测量溶液折射率，但这些方法存在着监测范围广，响应速度慢，灵敏度较低的不足。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有利用光纤测量溶液折射率的设备及方法的不足，提供一种利用波长大于纤芯模波长区域内共振测量溶液折射率的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所述一种利用波长大于纤芯模波长区域内共振测量溶液折射率的方法，包括以下步骤。

a）搭建本测量方法所需的测量装置，所述装置包括ase光源、osa光谱仪、分光器、倾斜光纤光栅（tfbg）、光纤夹、控温台；其中，分光器两个分路一端接ase光源，另一端接osa光谱仪；分光器总路接倾斜光纤光栅一端，倾斜光纤光栅另一端尾部去除涂覆层后，用光纤切割刀切平；倾斜光纤光栅的栅区两边分别用光纤夹固定，并将倾斜光纤光栅的栅区至于控温台内。

b）打开控温台，将温度设定为20℃，打开光源以及光谱仪，调节好光谱仪测量参数。

c）将倾斜光纤光栅尾纤插入标准溶液中。

d）逐渐改变标准溶液折射率大小，记录波长大于纤芯模波长区域内共振波谷强度，绘制共振波谷强度与标准溶液折射率大小变化曲线。

d）利用共振波谷强度与标准溶液折射率大小变化曲线，通过测量待测溶液的共振波谷强度，计算出待测溶液的折射率。

本发明述的倾斜光纤光栅的倾角优选1°~10°。

本发明的技术效果是：本方法利用tfbg尾纤的端面菲涅尔反射测溶液折射率，此方法在测量过程中将栅区很好的保护了起来，可以大大提高测量装置的使用寿命；同时对栅区温度进行了恒温控制，可以避免温度与折射率交叉敏感产生的测量误差，提高了数据的可靠性。使用本方法去测量溶液，只需将与tfbg尾纤插入溶液中，即可以实现对溶液的折射率测量，操作方便且灵活。相较于利用栅区或者微结构区域测量溶液折射率方法，此方法使用的尾纤强度更高，更不容易断裂，具有更高的环境适应性；即使尾纤损坏了，通过光纤切割刀切除损伤部位又可以重新测量。此方法利用波长大于纤芯模波长区域内共振测量溶液折射率，其所需获取的光谱范围更窄，相较与以往的利用尾纤测量折射率的方法，响应更快，且灵敏度及分辨率更高。

附图说明

图1为本发明所用装置示意图。其中，1为ase光源、2为osa光谱仪、3为分光器、4为倾斜光纤光栅、5为光纤夹，6为控温台。

图2为本发明波长大于纤芯模波长区域内共振波谷光谱随标准溶液折射率大小变化趋势。

图3为本发明波长大于纤芯模波长区域内共振波谷强度与标准溶液折射率大小变化曲线。

具体实施方式

本发明将结合附图通过以下实施例作进一步说明。

实施例1。

图1为本溶液折射率测量方法所需的测量设备如图1，包括ase光源1、osa光谱仪2、分光器3、倾斜光纤光栅（tfbg）4、光纤夹5、控温台6；其中，分光器3两个分路一端接ase光源1，另一端接osa光谱仪2；分光器总路接倾斜光纤光栅4一端，倾斜光纤光栅4另一端尾部在去除涂覆层后，用光纤切割刀切平处理；倾斜光纤光栅4栅区两边分别用光纤夹5固定，并将倾斜光纤光栅4栅区至于控温台6内。

实施例2。

利用波长大于纤芯模波长区域内共振测量溶液折射率的方法测量某待测甘油溶液折射率，其步骤如下。

按照设备安装步骤，将设备安装好，此次实验使用tfbg倾角为6°。将控温台设定为20℃，打开光源以及光谱仪，调节好光谱仪测量参数。将尾纤插入标准溶液，逐渐改变标准溶液折射率大小，记录波长大于纤芯模波长区域内共振波谷强度，绘制共振波谷强度与标准溶液折射率大小变化曲线如图3。从图3可以看出，该测量方法测量折射率灵敏度在折射率为1.471时最高可达209.35db/riu，由于光谱仪光强分辨率为0.001dbm，故该测量方法获得的分辨率可以达到riu，比其他强度模式折射率传感器更高。测量待测溶液时，将尾纤插入待测溶液中，获得对应的共振波谷强度为-67.335dbm，通过所述共振波谷强度与标准溶液折射率大小变化曲线得出待测甘油溶液折射率为1.385。

实施例3。

利用波长大于纤芯模波长区域内共振测量溶液折射率的方法测量某待测甘油溶液折射率，其步骤如下。

按照设备安装步骤，将设备安装好，此次实验使用tfbg倾角为8°。将控温台设定为20℃，打开光源以及光谱仪，调节好光谱仪测量参数。将尾纤插入标准溶液，逐渐改变标准溶液折射率大小，记录波长大于纤芯模波长区域内共振波谷强度，绘制共振波谷强度与标准溶液折射率大小变化曲线。将尾纤插入待测溶液中，获得对应的共振波谷强度为-67.910dbm，通过所述共振波谷强度与标准溶液折射率大小变化曲线得出待测甘油溶液折射率为1.366。

实施例4。

利用波长大于纤芯模波长区域内共振测量溶液折射率的方法测量某待测nacl溶液折射率，其步骤如下。

按照设备安装步骤，将设备安装好，此次实验使用tfbg倾角为6°。将控温台设定为20℃，打开光源以及光谱仪，调节好光谱仪测量参数。将尾纤插入标准溶液，逐渐改变标准溶液折射率大小，记录波长大于纤芯模波长区域内共振波谷强度，绘制共振波谷强度与标准溶液折射率大小变化曲线。将尾纤插入待测溶液中，获得对应的共振波谷强度为-64.821dbm，通过所述共振波谷强度与标准溶液折射率大小变化曲线得出待测甘油溶液折射率为1.354。

技术特征：

技术总结
一种利用波长大于纤芯模波长区域内共振测量溶液折射率的方法，包括以下步骤：a）搭建测量装置；b）打开控温台，将温度设定为20℃，打开光源以及光谱仪，调节好光谱仪测量参数；c）将倾斜光纤光栅尾纤插入标准溶液中；d）逐渐改变标准溶液折射率大小，记录波长大于纤芯模波长区域内共振波谷强度，绘制共振波谷强度与标准溶液折射率大小变化曲线；d）利用共振波谷强度与标准溶液折射率大小变化曲线，通过测量待测溶液的共振波谷强度，计算出待测溶液的折射率。本发明可大大提高测量装置的使用寿命，提高了数据的可靠性；操作方便且灵活，具有更高的环境适应性；其所需获取的光谱范围更窄，响应更快，且灵敏度及分辨率更高。

技术研发人员：李玉龙;杨泓;李学文;胡小武
受保护的技术使用者：南昌大学
技术研发日：2018.05.02
技术公布日：2018.11.06