[发明专利]一种利用磁流体光波导检测磁场的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测磁场的方法，尤其涉及一种利用磁流体光波导检测磁场的方法。

背景技术

测量磁场的强度有很多的方法，一般采用磁电效应、磁机械效应、核磁共振、超导体与电子自旋量子力学效应等方法进行检测，这些方法均为电学的检测方法，在检测磁感应强度的技术和精度上达到了很好的检测精度和准确度，但是有些场合电学的检测方法并不适用，例如：在有可燃物的环境中，由于电弧易产生电火花的问题，采用电学的检测方法存在引燃的风险，因此对需要一种非电学的检测方法对磁场进行检测。

磁流体也称为铁磁流体或磁液，它是将掺入到载液中的铁磁性微粒(＜10nm)用分散剂均匀地分散，使其成为具有流动性的悬浮状的胶态液体，这种液体具有在通常离心力和磁场作用下，即不沉降、凝集又能使其本身承受磁性可以被磁铁所吸引的特性。

磁流体集纳米科技与可调谐技术于一体，它为新型的光子器件，特别是可调谐器件的制作提供了新材料、新方法和新途径。磁流体具有以下特点：1、在磁场的作用下，磁化强度随外磁场的增加而增加，直至饱和，外磁场去除以后又无任何磁滞现象；2、具有液体的流动性，在离心力和磁场的作用下，既不沉降，也不凝结；3、与一般纳米粒子相同，具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。

磁流体具有了这些独特性能的新型功能材料，日益受到人们的重视，特别是在高、精、尖技术上得到应用，磁流体的应用现已逐渐扩展到机械、电子、能源、化工、冶金、船舶、航天、环保、生物、医疗等诸多领域,是唯一具有工业实用价值的液体磁性智能化功能材料，传统的磁流体产品，如旋转轴的动态密封、振动阻尼、扬声器的冷却已在一些国家有了很好的工业应用，最近几年，又出现了大量新的应用，如磁流体传感器、磁流体减震器、磁流体热传递装置、磁共振显像、磁流体药物导航、磁流体印刷等，磁流体这许多的特殊功能，使其成为了目前尖端的纳米技术之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用磁流体光波导检测磁场的方法，光波导中的磁流体处于导模共振状态，光波导中光场密度非常高，使得其中的磁流体具有了很多新的光学特性。

本发明是这样实现的，将磁流体注入毫米尺度的双面金属光波导中，形成磁流体平板光波导，利用毫米尺度双面金属光波导超高阶导模的高灵敏特性，检测磁感应强度，光波导片粘在电磁铁上，给电磁铁通电，产生磁场，磁流体在磁场的作用下，其纳米颗粒会发生团聚现象，使光波导中的磁流体成链，影响光波导的光学参数变化，从而使光波导反射光强度与磁场一致变化，磁流体的这些光学特性是由于磁流体在磁场作用下折射率的变化引起的。

采用波长为860nm的激光入射到磁流体光波导中，测量衰减全反射吸收峰(ATR)，由于吸收峰的极小值(R_min)与磁流体光波导光学参数(磁流体在磁场作用下折射率)密切相关，可通过ATR吸收峰的变化实现磁感应强度的检测。

当磁流体波导处于导模共振时，其折射率的改变对反射光强的变化影响非常大，其折射率的敏感达到10^-5RIU(折射率变化单位)，所以在此所加的磁感应强度比较小，可检测磁场50μT的变化。

本发明的技术效果是：光波导中的磁流体处于导模共振状态，光波导中光场密度非常高，使得其中的磁流体具有了很多新的光学特性。

附图说明

图1为本发明实施的示意图。

图2为本发明光波导的结构示意图。

图3为本发明磁场作用下ATR曲线图。

图4为本发明磁场的变化与反射光强的关系实验数据图。

图5为本发明检测到的最小磁场时的实验数据图。

具体实施方式

下面将结合附图1-5和实施例详细说明本发明所具有的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质，但不能对本发明的实施和保护范围构成任何限定。

参照图2，是本发明中用到的光波导，光波导由三片玻璃构成，中间一片预留出磁流体进样的出入口，光波导上下层玻璃的内侧均镀有银层以形成金属包覆磁流体波导。

参照图1，是本发明实施的示意图，光波导放在上下两个电磁铁构成的磁场之间，对于浓度为0.158％的磁流体，采用波长为860nm TE偏振的激光入射到磁流体波导上，偏振光方向与磁场平行，波导入射光光斑位置能够入射到磁流体波导上即可，放置电磁产生装置，磁场激励磁流体波导，调节电磁线圈中的电流，使得磁感应强度发生相应的变化。