[发明专利]选择性填充双折射微结构光纤式干涉型高灵敏度传感器

说明书

本发明公开了一种选择性填充双折射微结构光纤式干涉型高灵敏度传感器，包括由功能材料选择性填充的双折射微结构光纤、外界传感参量加载装置、四端口光方向耦合器以及偏振控制器；功能材料选择性填充的双折射微结构光纤位于外界传感参量加载装置内，所述的传感器的宽带光源的光谱覆盖0.6μm～1.7μm范围，在61με至789με的变化范围内为反应灵敏度为25pm/με至12pm/με。由于所述功能材料选择性填充的双折射微结构光纤的群双折射在特定波长处接近于零，使得该波长附近的干涉光谱特性对外界物理量变化极其敏感，从而具有超高灵敏度的传感特性。

技术领域

本发明涉及微结构传感器技术领域，特别是涉及一种选择性填充双折射微 结构光纤式干涉型高灵敏度传感器。

背景技术

微结构光纤(Microstructure Optical Fiber)，又称光子晶体光纤 (PhotonicCrystal fiber)或多孔光纤(Holey fiber)，是近年来迅速发展起来 的一种具有较高科研价值和广阔市场应用前景的新型光纤，其沿光纤轴向按照 一定规律分布着延伸的空气孔。微结构光纤根据导光机理的不同可分为两种： 折射率引导型微结构光纤和光子带隙型微结构光纤。前者与传统光纤的导光机 制类似，纤芯折射率高于周围由空气孔组成的包层有效折射率，光被约束在纤 芯中传输；而光子带隙型微结构光纤的包层具有周期性的折射率分布，通过光 子带隙效应将光限制在低折射率的纤芯缺陷中传导。

微结构光纤具有特殊的传导机制和灵活设计的结构，表现出许多普通光纤 所不具备的的优异特性，如无截止单模特性、高双折射特性、奇特的多芯和多 模耦合特性等。其中，高双折射微结构光纤构建的Sagnac干涉仪，由于制作简 单，灵敏度高，噪声低等优点已经被广泛用于干涉型的传感器中，可以实现对 温度、应变、压力、扭曲等外界参量的测量。由于造成微结构光纤具有双折射 效应的因素不同，会导致光纤具有不同的双折射特性，从而使得干涉仪的传感 特性呈现多样的特性。

但是在公知的微结构光纤Sagnac干涉仪中，所实现的最高调谐速度或传感 灵敏度均低于3pm/με，且其传导机制为光子带隙型和折射率引导型中的一 种。目前尚无基于功能材料选择性填充的、具有混合传导机制的、微结构光纤 干涉型的超高灵敏度传感器(应变灵敏度>3pm/με)的报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种选择性填充 双折射微结构光纤式干涉型高灵敏度传感器。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种选择性填充双折射微结构光纤式干涉型高灵敏度传感器，包括由功能 材料选择性填充的双折射微结构光纤、外界传感参量加载装置、四端口光方向 耦合器以及偏振控制器；功能材料选择性填充的双折射微结构光纤位于外界传 感参量加载装置内，该光纤的一端与四端口光方向耦合器的端口c相连，另一 端与偏振控制器的一端相连，偏振控制器的另一端与四端口光方向耦合器的端 口d相连；四端口光方向耦合器的端口a与传感光源相连，端口b作为传感器 的输出端口以与传感器解调装置或光谱测量仪器相连；所述的传感器的宽带光 源的光谱覆盖0.6μm～1.7μm范围，在61με至789με的变化范围内为反应灵敏 度为25pm/με至12pm/με。

所述微结构光纤为光纤材料基底上按照三角形栅格结构排列空气孔，纤芯 由缺失一个或几个空气孔形成，功能材料选择性填充入所述微结构光纤的纤芯 周围两个空气孔形成的具有特殊双折射特性的微结构光纤，且形成的双折射微 结构光纤的群双折射在光波长0.6μm～1.7μm处存在零点。

功能材料是指其折射率随外加温度、电场、磁场、声场或光场的改变而变 化的温敏材料、电光材料、磁光材料、声光材料或光敏材料，且其折射率大于 所述微结构光纤的基底材料折射率。

所述的传感参量加载装置是指能使所述功能材料选择性填充的双折射微结 构光纤中的双折射发生改变的应变、电场、磁场、声场或光场的产生、加载和 调节装置。