[发明专利]双芯光子晶体光纤传感结构

说明书

本发明涉及一种双芯光子晶体光纤传感结构，包括背景材料区域、六边形六层空气孔排列结构、第一圆形纤芯结构、第二圆形纤芯结构；第一圆形纤芯结构内掺杂有聚甲基丙烯酸甲酯；多个小孔径空气孔环绕第一圆形纤芯结构设置；引入光子晶体光纤，在PCF中设置双芯结构，将双干涉臂做到一根光纤中，单根光纤实现两种模式的传输与干涉，结构简单，尺寸微小，易于加工和集成；引入光子晶体作为传感器的敏感元件，其本身所具有的包层空气孔可降低包层区的等效杨氏模量，增大材料弹性系数，提高形变量；在PCF设计的双芯结构中，单芯掺入弹性性能较好的聚甲基丙烯酸甲酯，在压力作用双芯下，产生内部应力，双芯有效模式折射率差呈线性关系，提高灵敏度。

技术领域

本发明属于光子晶体光纤技术领域，具体涉及一种双芯光子晶体光纤传感结构。

背景技术

光纤水听器为解决水声研究提供了许多技术途径，为解决浅海低频的水声研究和应用的许多问题提供了理想的解决方法。声压水听器中应用最广泛的是传统光纤水听器的芯轴型结构，该结构通常采用迈克尔逊干涉仪或马赫-曾德尔干涉仪作为敏感元件，实现传感的技术原理为：

(1)由光纤材料做成的干涉仪的一臂或者两臂差绕至芯轴弹性结构上；

(2)声压作用于弹性结构，引起光纤折射率变化；

(3)通过检测折射率变化引起的相位差，实现对声压的传感。

此光纤水听器具有灵敏度高、结构轻巧、易于大规模成阵、抗电磁干扰能力强等优点，制造工艺成熟。

但是，在水域环境中，传统光纤水听器由于材料和结构的限制很难满足微弱信号探测的需要，而且结构较为复杂，阻碍了声压传感器向小型化、集成化的趋势发展。

因传统光纤水听器采用马赫-曾德尔干涉仪作为敏感元件，参考臂与测量臂不能集于同一元件中，即两臂分开，结构相对较为复杂，一定程度上限制了传感器的小型化；使得结构尺寸的进一步缩小遇到瓶颈。

因传统水听器干涉仪两个臂由石英材料制成，其杨氏模量和泊松系数较大，光弹性系数较小，且没有灵活的结构设计特性，直接表现为对压力的不敏感；层与纤芯两区域材料不同，热膨胀系数不一致，不能进行温度补偿；导致在较大压力作用下光纤形变较小，温度与压力交叉敏感，灵敏度不高。

因此需要提出一种芯光子晶体光纤传感结构来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种双芯光子晶体光纤传感结构。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

双芯光子晶体光纤传感结构，包括背景材料区域、六边形六层空气孔排列结构，六边形六层空气孔排列结构置于背景材料区域中；

在纤芯层六边形六层空气孔排列结构的中心线两侧分布有第一圆形纤芯结构、第二圆形纤芯结构；

第一圆形纤芯结构置于第一六边形空气孔排列结构内部；第二圆形纤芯结构包含第二六边形空气孔排列结构和基底材料；第一六边形空气孔排列结构与第二六边形空气孔排列结构对称分布在纤芯层六边形六层空气孔排列结构的中心线两侧；

第一圆形纤芯结构内掺杂有聚甲基丙烯酸甲酯；

多个小孔径空气孔环绕第一圆形纤芯结构设置；六边形六层空气孔排列结构、第一六边形空气孔排列结构和第二六边形空气孔排列结构中组成的空气孔均为大孔径空气孔。

具体地，六边形六层空气孔排列结构、第一六边形空气孔排列结构和第二六边形空气孔排列结构均为正六边形。

具体地，小孔径空气孔为六个；小孔径空气孔围绕第一圆形纤芯结构的中心排列为正六边形。

具体地，小孔径空气孔置于第一六边形空气孔排列结构内部。