[发明专利]多芯光纤谐振腔气体传感器

说明书

技术领域

本申请涉及光学领域，尤其涉及一种多芯光纤谐振腔气体传感器。

背景技术

回音壁模式微型谐振腔是一种光学微腔，其典型特征在于，构成微腔的材料的折射率大于外界环境折射率，由于全反射作用光波在微腔中沿环形传播，当满足一定的相位条件时，即可形成稳定的光波模式，即回音壁模式。一般来说只要好能构成闭合环形光路的结构都可以用作微腔，微型谐振腔的几何外形可以是圆盘、球型、环形以及微管。采用低吸收损耗材料制备的外表光滑的回音壁模式微型谐振腔，能够有效地抑制光波的吸收损耗、散射损耗，从而使得微腔具有很高的品质因子。当微腔所处环境折射率发生变化，或者构成微腔的材料本身的折射率在外界物质作用下发生变化时，微腔中谐振的光波波长发生相应的变化。这构成了微腔用于折射率传感的物理基础。当采用对有机挥发性气体敏感的材料构成微腔，并将微腔放置在有机挥发性气体环境中时，谐振腔的有效折射率和半径会因气体分子的浸入而发生变化，谐振波长的位置会发生红移或蓝移，观察光谱偏移可以反映出有机挥发性气体的浓度变化。

传统的回音壁模式微腔传感器测试系统复杂，难以适用于现场检测，难于实现远程检测。

发明内容

有鉴于此，提供一种体积小、可集成、携带方便的多芯光纤谐振腔气体传感器实为必要。

一种多芯光纤谐振腔气体传感器，包括：

多芯光纤，包括第一光纤芯和第二光纤芯并具有一端面，所述第一光纤芯和所述第二光纤芯从所述端面露出；

光学谐振装置，设置于所述端面，所述光学谐振装置具有一个光输入端和一个光输出端；

第一导光结构，设置于所述端面并与所述第一光纤芯和所述光输入端连接，用于将所述第一光纤芯的光输入所述光学谐振装置；

第二导光结构，设置于所述端面并与所述第二光纤芯和所述光输出端连接，用于将所述光学谐振装置的光输入耦合输出所述第二光纤芯。

在一个实施例中，所述光学谐振装置包括：

第一回音壁微盘谐振腔，设置于所述端面；

谐振腔波导，与所述第一回音壁微盘谐振腔间隔设置，所述谐振腔波导的两端分别为所述光输入端和所述光输出端；

谐振腔波导支撑体，设置于所述端面，所述谐振腔波导通过所述谐振腔波导支撑体支撑，从而与所述第一回音壁微盘谐振腔间隔设置。

在一个实施例中，所述光学谐振装置还包括：

第一微柱固定设置于所述端面，所述第一回音壁微盘谐振腔设置于所述第一微柱远离所述端面的一端。

在一个实施例中，所述谐振腔波导支撑体包括：

与所述第一回音壁微盘谐振腔间隔设置的第二回音壁微盘谐振腔，设置于所述端面，所述谐振腔波导固定设置于所述第二回音壁微盘谐振腔的周部；

第二微柱固定设置于所述端面，所述第二回音壁微盘谐振腔设置于所述第二微柱远离所述端面的一端。

在一个实施例中，所述谐振腔波导与所述第一回音壁微盘谐振腔的周部的距离为0.5微米，所述谐振腔波导嵌入所述第二回音壁微盘谐振腔的周部0.5微米。

在一个实施例中，所述第一回音壁微盘谐振腔的直径与所述第二回音壁微盘谐振腔的直径的比在1:5至4:5之间。

在一个实施例中，所述谐振腔波导与所述第二回音壁微盘谐振腔的周部相切，并熔接。

在一个实施例中，所述第一导光结构包括：

第一微柱波导，设置于所述端面，并与所述第一光纤芯连接；

第一微全反射棱镜，设置于所述微柱波导远离所述第一光纤芯的一端；

第一微椎体，设置于所述微全反射棱镜与所述光输入端之间，光通过所述第一光纤芯进入所述第一微柱波导后，射入所述第一微全反射棱镜反射进入所述第一微椎体，在所述第一微椎体中会聚后进入所述输入端。

在一个实施例中，所述第二导光结构包括：

第二微柱波导，设置于所述端面，并与所述第二光纤芯连接；

第二微全反射棱镜，设置于所述微柱波导远离所述第二光纤芯的一端；

第二微椎体，设置于所述第二微全反射棱镜与所述光输出端之间，光通过所述输出端进入所述第二微椎体发散后，通过所述第二微全反射棱镜反射进入所述第二微柱波导，从而通过所述第二光纤芯导出。

在一个实施例中，所述多芯光纤、所述光学谐振装置、所述第一导光结构和所述第二导光结构一体成型制成。