[发明专利]一种微纳光纤锁模激光传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光传感器领域，尤其涉及一种基于碳纳米管薄膜的微纳光纤锁模激光传感器及其制造方法。

背景技术

微纳光纤是在微纳光子学理论基础上发展起来的，以空气为包层的介观尺度光波导线结构，它既不同于普通光纤，也不同于集成光波导结构。微纳光纤具有大比例的倏逝波传输、高非线性、高色散区﹑强倏逝波耦合﹑低弯曲损耗等特性。因此，它在一定程度上既能解决普通光纤所制作的光学器件尺寸很难缩小的问题，同时又能弥补集成光波导器件制作难度高和损耗较大的缺点和不足，使得其作为一类新型的微纳光子器件在光通信、光传感领域都有广泛的应用前景。

Langmuir-Blogeet膜，简称LB膜，该膜最早由朗缪尔（I. Langmuir）和布劳杰特（K.Blodgett）提出而得名，它是将具有亲水头和疏水尾的两亲分子分散在水面（亚相）上，沿水平方向对水面施加压力，分子在水面上紧密排列，形成一层排列有序的不溶性单分子膜。LB膜技术就是将上述的气/液界面上的单分子膜转移到固体表面并实现连续转移组装的技术。LB膜具有膜厚可准确控制，制膜过程不需要很高的条件，简单易操作，膜中分子排列高度有序等特点，因此可实现在分子水平上的组装，在材料学、光学、电化学和生物仿生学等领域都具有广泛的应用前景。近年来已开展了众多研究，涉及生物膜仿生模拟、超薄膜制备、光学以及各种基于LB膜的传感器等方面。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有高灵敏度近场光学传感结构，而且适用于微量气体、液体等高精度、在线定量检测方面的基于碳纳米管薄膜的微纳光纤锁模激光传感器及其制造方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种微纳光纤锁模激光传感器，包括中间某段设为微纳光纤结构的普通光纤，所述普通光纤中的微纳光纤段上设有数层碳纳米管薄膜的单分子层，所述设有微纳光纤段的普通光纤的一端依次与光耦合器、光纤放大器、偏振控制器、光隔离器连接后连接于该普通光纤的另一端。

一种微纳光纤锁模激光传感器的制造方法，包括如下步骤：

a.将普通光纤的中间某段去掉涂覆层后拉制得到中间某段具有微纳光纤结构的普通光纤；

b.利用超声机分散好碳纳米管溶液并将其铺展到去离子水表面，使其形成均匀的、紧密排列的单分子薄膜；

c.利用LB镀膜技术将数层碳纳米管单分子薄膜镀在步骤a中所述普通光纤的微纳光纤段；

把步骤a中得到的微纳光纤段垂直插入到步骤b所得液体的液面，在膜压的作用下，气/液界面表面的碳纳米管连续转移到微纳光纤的表面，利用ＬＢ镀膜软件精确控制碳纳米管薄膜的层数和镀膜长度；

d.将通过步骤c后得到的微纳光纤与光隔离器，光纤放大器，偏振控制器和耦合器连接形成被动锁模激光器结构。

进一步地，所述碳纳米管溶液为0.19mg/ml的碳纳米管三氯甲烷溶液。

进一步地，所述碳纳米管薄膜的单分子层为5~15层，每层厚度小于2纳米。

进一步地，所述光纤放大器为掺饵光纤放大器（EDFA）。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：基于碳纳米管薄膜的微纳光纤构建锁模激光传感器，是将碳纳米管、亚波长直径微纳光纤与LB镀膜相结合的技术，将具有许多优良传感性质的碳纳米管转移到微纳光纤表面，形成一种具有很好的光学传感与非线性特性的复合光波导线。由于镀有碳纳米管薄膜的微纳光纤表面存在较强的光倏逝场分布，因此，其表面碳纳米管薄膜可以有效地吸附液体或气体分子，并且与近场光子直接作用，使它具有突出的光学传感高精度测量和响应特性。同时这种基于碳纳米管薄膜微纳光纤的复合光波导线结构在新一代光子通信、光子器件和全光信号处理方面也有着广泛应用前景。

将这种复合结构的光波导线与EDFA(掺饵光纤放大器)、耦合器、光隔离器和偏振控制器连接可构建一种被动锁模激光传感器，通过控制光在激光器谐振腔里的偏振态和EDFA的增益来控制激光器的振荡，形成稳定的脉冲激光输出。同时，碳纳米管薄膜具有突出的吸附特性和快速恢复特性，使得微纳光纤表面光倏逝场能够充分地与碳纳米管薄膜所吸附的待测物质分子作用，从而调制该激光传感结构的输出激光脉冲宽度，通过精确测量脉冲展宽，可以反映待测物质分子浓度的变化量。这种镀有碳纳米管薄膜的微纳光纤所构建的被动锁模激光传感器可以作为一种高灵敏度的近场光学传感结构，在微量气体、液体等的高精度、在线定量检测方面有着良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例制备微纳光纤的装置结构示意图；

图2为本发明实施例镀有碳纳米管的光纤结构示意图；