[发明专利]基于磁流体折射率改变检测磁场变化的装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种物理光电技术领域的检测装置，具体是一种磁场作用下基于磁流体折射率改变从而检测磁场变化的装置。

背景技术

在光通讯中，可调谐光纤器件是非常有用的。长周期光纤光栅能将光纤纤芯的光耦合到包层，它对包覆在其外包层的材料折射率敏感，所以可被用来进行可调谐滤波和带阻。在理论和实验上，人们已经研究了通过改变长周期光栅外包层的折射率来改变长周期光栅的光学性能。长周期光栅外包层折射率的改变可以通过置于毛细管中的长周期光栅外围的液滴来实现。有多种方法可以对液滴进行操作，如：电化学效应、电毛细压力和电湿激励法，等。通过电湿泵浦和流体腔的循环，可以实现动态调节长周期光栅的光学性质，使其具有开关和滤波器的特性。

磁流体(或称做：磁性液体，磁液，铁磁流体，磁性胶体，磁性流体)是由纳米级的强磁性颗粒弥散于某种液体之中所形成的稳定的胶体体系，它既具有固体物质的磁性，又具有液体的流动性，是一种新型的功能材料，受到人们的日益重视，其应用已深入到电子，能源，国防军工，冶金机械，化工环保，仪器仪表，医疗卫生等方面，收效十分显著。而直到二十世纪末才有学者对磁流体的新型光学性质(如：光学透过率、磁致变色效应、热光效应，等性质)进行研究。近年来，随着集成光学、光子器件的迅猛发展，以及磁流体在光学领域潜在应用的发现，一些研究者开始重视磁流体的光学性质，并且提出了基于磁流体的光子器件，如光开关、光调制器、磁场或电场传感器、可调谐光栅和粗波分复用器，等。

经对现有技术的文献检索发现，S.Y.Yang等在《Applied PhysicsLetters》(应用物理学报)2004年上发表的“Origin and applications ofmagnetically tunable refractive index of magnetic fluid films”，(磁流体薄膜磁致折射率可调的起源及应用)，该文中提出第一次全面提出了，利用磁流体薄膜折射率差随磁场大小变化的特性进行光传感，其不足在于：由于所使用的将磁流体灌入光纤包层的实验方案调制现象不是非常明显，传输损耗仅为1.13％，很难满足高精度的磁场测量要求，很难在现实生活中有太多的应用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于磁流体折射率改变检测磁场变化的装置，使其通过磁场作用在磁流体的方法来实现调节长周期光纤光栅光学性质的目的。磁流体的折射率可以通过施加外部磁场来调节。当具有适当折射率的磁流体在长周期光栅外包层时，长周期光栅的光学性质就得到了调节，进而可实现滤波器和光开关的功能。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：第一光源输出装置、传输装置、磁场测试装置以及第一接收检测装置。磁场测试装置中包括了折射率测试装置，电磁铁，长周期光纤光栅，以及磁流体样品。长周期光纤光栅置于装有磁流体的毛细管后，置于电磁铁的两个磁极中间。第一光源输出装置、磁场测试装置以及第一接收检测装置之间使用传输装置连接，第一光源输出装置输出的光在传输装置内几乎无损耗传播，经过磁场测试装置后光信号被第一接收检测装置接收。折射率测试装置和磁流体样品连接在一起。以上所有部件之间的连接均通过光纤实现。

所述第一光源输出装置为放大自发辐射光源。

所述传输装置为标准通信波长单模光纤。

所述第一接收检测装置为光谱分析仪。

所述折射率测试装置由第二光源输出装置，耦合器，以及第二接收检测装置组成，用于测量磁流体样品在磁场下的折射率变化。这些部件之间均通过光纤连接，折射率测试装置中的耦合器将入射光引导到光纤端面，并且用光纤来收集后向反射光。耦合器的输入端连接第二光源输出装置，耦合器的输入端将入射光引导到光纤端面处的光纤-磁流体样品界面上，反射回来的光功率第二接收检测装置检测接受。

所述第二光源输出装置为输出功率稳定、通信波段的激光器。

所述第二光源检测装置为通信波段的光功率计。

本发明工作时，将所述的长周期光纤光栅置入毛细管中，并在毛细管中注入磁流体，使得长周期光纤光栅置于磁流体环境中。由于长周期光纤光栅的中心衰减波长对于其周围折射率的变化相当敏感。因此，当存在磁场时，磁流体样品的折射率发生改变，使得检测到的中心衰减波长发生漂移。以此，通过检测到的中心波长漂移值可以探测到磁流体在磁场作用下折射率变化情况。另外，通过折射率测试装置，可以探测到所加磁场的大小。从而，达到精确检测磁场的效果。