[发明专利]一种基于SPR的光子晶体光纤温度传感器

说明书

本发明提供了一种基于SPR的光子晶体光纤温度传感器，在传感区域具有一个位于光纤正中的液态芯和在液态芯周围对称分布的金属镀膜通道。液态芯可以与常规单模光纤对接进行远距离探测；采用双金属镀膜通道，并减小纤芯和金属通道之间的空气孔直径，有效的增强传感强度，信噪比更强，传感器共振强度最高可达327dB/cm；在纤芯和两个金属镀膜通道中填充热光系数较高的液体材料，并通过调整液体材料混合配比调整材料的折射率。本发明基于SPR的光子晶体光纤温度传感器温度灵敏度高、信噪比高、结构简单、体积微小，可通过调整SPR强度和谐振波长，在一定范围内满足特定的光源带宽和信号强度需求。

技术领域

本发明属于智能通信技术领域，具体涉及一种基于SPR的光子晶体光纤温度传感器。

背景技术

近年随着智能通信和无线网络等技术的发展，传感器作为人类五官的延伸，在工业生产和日常生活中都扮演着非常重要的角色。传统的光电传感器由于光的扩散等原因，无法精确控制收光，导致精度很差。而光纤传感器通过光纤有线传输光，提高了光束的聚集程度，检测精度很高；而且光纤传感器测量速度快，信息容量大，抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、适用于各类恶劣环境。此外光纤传感器还具有质量轻、体积小、可弯曲、复用性好、成本低等特点。正是因为光纤传感器有如此多的优点，使其应用领域非常广泛，其一直是近十年来的研究热点。

当电磁波在金属介质中传播时，具有趋肤效应。由于金属薄膜的影响，在某一特定波长下，入射到金属-电介质界面满足特定条件的电磁波将与金属表面自由振动电子与光子耦合形成的表面等离子波(Surface Plasmon Wave，SPW)发生共振耦合，从而导致电磁波能量被强烈吸收。

现有技术中，基于表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)的光子晶体光纤传感器在对温度进行监测时，光纤的组成材料二氧化硅对温度的敏感度较低，所以需要采用其他手段来增强光纤对温度的灵敏度。

同时，一般光纤型SPR温度传感器的适用范围和温度灵敏度并不高，而且现有光子晶体光纤设计大都采用多纤芯和多通道设计，结构复杂，对光子晶体光纤的原有结构改动较大，制作难度大，多纤芯等复杂设计使其与常规单模光纤连接困难且结构复杂度对灵敏度提升不够高等。

发明内容

本发明实施例对现有技术中光纤温度传感器不能迅速、灵敏、精确的对温度进行监测的问题，提出了一种基于SPR的光子晶体光纤温度传感器，通过采用双金属通道和液态芯实现对SPR原理和高热光系数材料的应用，提高对温度监测的灵敏度，具有高温度灵敏度、高信噪比、结构简单、体积微小等特点，同时与常规通信光纤的对接简单易行，应用于水质监测、电力系统温度监测及油井监测等方面。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于SPR的光子晶体光纤温度传感器，其特征在于，所述光纤温度传感器的传感区域具有一个位于光纤正中的液态芯和在液态芯周围对称分布的金属镀膜通道。

上述方案中，所述液态芯和金属镀膜通道中填充高热光系数材料。

上述方案中，所述高热光系数材料为甘油和乙醇混合液体，其混合比例根据折射率的要求进行配比。

上述方案中，所述甘油和乙醇混合液体的折射率为1.45-1.53。

上述方案中，所述金属镀膜通道为两个，直径为1.6微米，内壁金属镀膜厚度为30-50纳米；所述液态芯直径为1.6微米；金属镀膜通道和液态芯之间具有4个传感区空气孔，直径为0.5-1微米。

上述方案中，所述传感区域外是包层，包层中具有其他空气孔，直径为1微米；所述光纤温度传传感器中所有空气孔间距Λ为2微米。

本发明具有如下有益效果：