[实用新型]一种基于细芯光纤MZ干涉仪的折射率传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于细芯光纤MZ干涉仪的折射率传感器。 

背景技术

折射率作为反映物质光学属性的一个基本物理参量，在光学领域中有着极为重要的作用，其对物质的光学特性具有重要的影响，在解释物质其他特性方面也扮演了不可缺失的角色。液体作为一种物质形态，普遍存在于人类生活的各个方面。借助检测液体折射率，可以了解液体的光学性能以及浓度、纯度、黏度等其他物理特性。在医学、食品、生物、环境科学、石油化工等领域，对液体折射率的检测具有重要的意义及应用价值，它是保证产品质量、提高产品产量的重要技术手段，是一项重要的参数。 

与传统的光学方法测量折射率相比光纤传感器具有抗电磁干扰、体积小、耐腐蚀、测量精度高、适于易燃易爆环境下使用以及远距离稳定传感等优点，属于非接触、非破坏性测量。基于光纤的折射率传感器有利用光子晶体光纤、光纤布拉格光栅(FBG)和长周期光纤光栅(LPG)等，然后基于光子晶体光纤虽然检测精度高但其制造高，不易于普遍推广使用，其他对测量要求较苛刻。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于细芯光纤MZ干涉仪的折射率传感器。 

所述的一种基于细芯光纤MZ干涉仪的折射率传感器，其特征是包括宽带光源、入射单模光纤、细芯光纤、出射单模光纤、光谱仪，所述的细芯光纤的两端分别与入射单模光纤和出射单模光纤无偏心熔接，构成传感装置的传感探头， 所述的入射单模光纤的另一端与宽带光源相连，所述的出射单模光纤的另一端与光谱仪相连。 

所述的一种基于细芯光纤MZ干涉仪的折射率传感器，其特征在于所述的入射单模光纤的纤芯直径为8μm，包层直径为125μm。 

所述的一种基于细芯光纤MZ干涉仪的折射率传感器，其特征在于所述的纤芯光纤的纤芯直径为3μm，包层直径为125μm，长度为20mm。 

本实用新型专利的优点在于：当单模光纤的光耦合进细芯光纤时，一部分光耦合进细芯光纤纤芯作为芯模传输，另一部分光耦合进细芯光纤包层中激发出包层模沿包层传输，当芯模和包层模在耦合进单模光纤时发生干涉。当细芯光纤周围液体折射率发生变化时，对包层模进行调制，是输出的干涉条纹发生移动，通过解调干涉条纹对折射率的漂移量实现折射率测量。由于采用光纤传感，用单模光纤和细芯光纤作为传感部分，采用MZ干涉峰值移动进行测量，因此该传感器具有抗电磁干扰，结构紧凑，灵敏度高，可广泛以用于生物和化学领域折射率的监测。 

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。 

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型进一步说明： 

如图1所示，一种基于细芯光纤MZ干涉仪的折射率传感器，包括自发辐射宽带光源1、入射单模光纤2、细芯光纤3、出射单模光纤4和光谱仪5，所述细芯光纤3的两端分别与入射单模光纤2和出射单模光纤4无偏心熔接，构成传感装置的传感探头，所述的入射单模光纤2的另一端与宽带光源1相连，所述的出射单模光纤4的另一端与光谱仪5相连。 

本实用新型装置的工作方式为：宽带光源发出的光传入到入射单模光纤 中，在单模光纤中只存在基模传输，当光传入到细芯光纤后，由于模场不匹配等原因，一部分光沿细芯光纤纤芯传输，另一部分光耦合进细芯光纤的包层，激发出包层模在光纤包层内传输，当芯模和包层模通过细芯光纤单模光纤的熔接点耦合进单模光纤纤芯是，芯模和包成发生干涉。干涉光的峰值波长与包层模的有效折射率有关，当细芯光纤周围的液体折射率发生改变时，由液体折射率变化引起包层有效折射率的改变，从而引起细芯光纤包层模和芯模之间相位差改变，是输出干涉光谱波长漂移，将细芯光纤浸在折射率匹配液中时，包层模式发生变化，从而使干涉模式发生变化，通过解调干涉条纹对折射率的漂移量实现折射率测量。 

本实用新型能过实现液体折射率测量的关键为：所使用的细芯光纤可以将单模光纤中的光分成芯模和包层模两部分传输，同时由于包层模在包层中传输，外界折射率的变化会影响包层模的等效折射率，从而改变与芯模之间的相位差，使得输出干涉发生漂移。 

本实施例中，选用的入射光纤和出射单模光纤的纤芯直径为8μm，包层直径为125μm，细芯光纤的纤芯直径为3μm，包层直径为125μm，长度为20mm，当外部折射率变化范围从1.33到1.43，获得折射率灵敏度为5.5×10^-5RIU。