[实用新型]一种由纯石英材料构成的高灵敏度光纤高温传感器

说明书

一种由纯石英材料构成的高灵敏度光纤高温传感器，涉及高温检测领域，包括空芯光子晶体光纤，所述空芯光子晶体光纤为纯石英材质制成；空芯光子晶体光纤的一端熔接单模光纤，空芯光子晶体光纤的另一端通过电弧放电形成气孔塌陷的微小纯石英固体尖端，所述单模光纤与空芯光子晶体光纤之间形成有熔接面，该熔接面分别与纯石英固体尖端区域的两端面形成两个共振腔，以此产生Vernier效应，所述两个共振腔的腔长差通过纯石英固体尖端的尺寸调控。具有灵敏度高、结构紧凑、制作简单、稳定性好等优点，在高温检测领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本实用新型涉及高温检测领域，尤其涉及一种由纯石英材料构成的高灵敏度光纤高温传感器。

背景技术

光纤高温传感器相比于传统的电学类产品具有独特的优势，然而传统的芯区掺杂的光纤应用于高温检测时，纤芯掺杂离子(如锗、硼、磷等)在高温下不稳定会产生扩散，改变光纤的传输特性，而由无掺杂纯石英材料制成的光子晶体光纤(PCF，photonic crystalfiber)，可以在更高的温度环境(1000℃)下保持稳定，已被用于高温传感测量[1]。但采用单段传感光纤的干涉光谱波长检测方案灵敏度较低，而通过级联两个光谱周期接近的干涉仪可以基于Vernier效应提高传感器波长检测的灵敏度。在文献[1]中，基于简化的Vernier效应，作者通过一段空芯光纤级联一段普通单模光纤将灵敏度放大倍数提高至133.29。但由于传感结构使用了普通掺杂的单模光纤，其最大的测量温度限制在1050℃。

文献[1]P.Zhang et al.,“Simplified Hollow-Core Fiber-Based Fabry–PerotInterferometer With Modified Vernier Effect for Highly Sensitive High-Temperature Measurement,”IEEE Photonics J.,vol.7,no.1,pp.1–10,Feb.2015.

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种由纯石英材料构成的高灵敏度光纤高温传感器，具有灵敏度高、结构紧凑、制作简单、稳定性好等优点，在高温检测领域具有广阔的应用前景。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种由纯石英材料构成的高灵敏度光纤高温传感器，包括空芯光子晶体光纤，所述空芯光子晶体光纤为纯石英材质制成；空芯光子晶体光纤的一端熔接单模光纤，空芯光子晶体光纤的另一端通过电弧放电形成气孔塌陷的微小纯石英固体尖端。

所述单模光纤与空芯光子晶体光纤之间形成有熔接面，该熔接面分别与纯石英固体尖端区域的两端面形成两个共振腔，以此产生Vernier效应，所述两个共振腔的腔长差通过纯石英固体尖端的尺寸调控。

相对于现有技术，本实用新型技术方案取得的有益效果是：

1、本实用新型是基于Vernier效应的灵敏度增强的新型本征光纤FP干涉仪高温传感器，该高温传感器基于Vernier效应的级联腔，通过对熔接单模光纤的空芯PCF尖端简单放电形成，所述高温传感器的传感探头由纯石英材料制作，可应用于1200℃的高温检测，而且利用Vernier效应，灵敏度高。

2、本实用新型Vernier效应的制作核心是使得两个Vernier腔的光程差越小，灵敏度放大倍数则越高；Vernier效应的级联腔结构，其光程差由光纤放电塌陷区域决定，因此通过光纤尖端简单放电就能控制得到较小的光程差，无需通过准确切割和熔接一段异种光纤来制得第二个Vernier腔以平衡与另一个Vernier腔的腔长差，因此大大减少制作的复杂性和实际应用的操作难度。相比于其他使用类似PCF光纤但没有利用Vernier效应的光纤结构，本实用新型制作的纯石英结构通过检测反射谱包络的移动，将灵敏度提高14～57倍，其得到的灵敏度也高于许多其他紧凑型光纤温度传感器。