[发明专利]磁致折变Tb2

说明书

本发明公开了一种磁致折变Tb₂O₃掺杂光纤，光纤为三层结构，从内向外是纤芯4、内包层3和外包层2，内包层3包含Tb₂O₃，内包层3的折射率最高，纤芯4的折射率次之，外包层2的折射率最小。本磁致折变Tb₂O₃掺杂光纤在磁场作用下具有显著的磁致折变特性，能够实现高灵敏度的磁场探测，尤其适用于水下目标磁探测，在未来国防军事领域具有深远的研究前景。

技术领域

本发明涉及一种磁致折变Tb₂O₃掺杂光纤设计及其制备方法。

背景技术

近年来，磁场传感被广泛应用于军事、核磁共振、医学、信息储存、矿产和石油探测、违禁物品检测以及太空探索等各个领域。随着光纤制备工艺的逐渐成熟以及性能研究的深入，光纤磁场传感器具有抗干扰能力强、重量轻、体积小、小型化、易铺设、抗腐蚀、稳定性好、灵敏度高等优势，已广泛应用于地质探矿、军事制导和反潜、物联网的传感器节点等领域，在弱磁探测领域中崭露头角。结合光纤传感技术的快速发展与磁材料的高精度测量，实现弱磁探测及测量技术的高稳定性、高灵敏度、高精度、小型化、集成化以及实用化是未来磁场传感发展趋势。

目前应用较多的光纤磁场传感器主要有法拉第磁光效应法、磁流体可调折射率法、磁致伸缩法。其中基于法拉第效应的光纤磁场传感，维尔德常数限制灵敏度的提高，光纤的偏振态容易受干扰，且灵敏度较低。基于磁流体可调折射法由于磁流体易挥发凝聚，易磁场饱和，并且填充磁性材料需要额外封装，使用寿命有限等原因限制其在实际环境的应用。基于磁致伸缩法的光纤磁场传感器虽然灵敏度高，但易受外界环境因素的干扰出现“随机相位漂移”，且存在剩余磁化强度，对多次重复检测非常不利。综上所述，现有磁探测技术无法同时兼顾灵敏度、复杂度、稳定性、方便组网等复杂环境目标磁探测需求，亟需一种更为适合复杂环境目标探测的传感器。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对目前基于磁致伸缩法的光纤磁场传感器不利于重复检测的问题，提供了一种基于磁致折变的光纤及其制备方法。

对于磁致折变材料而言，在磁场的作用下，极易诱导材料的磁导率、磁化强度、磁畴结构等电磁特性改变,因而材料的折射率发生显著变化。在以往的研究中，主要以多层复合合金或薄膜为主。与传统的结构相比，磁致折变掺Tb₂O₃光纤材料体积极小，同时具备优越的磁致折变特性，在小型化、集成化方面具有显著优势。通过测量磁场下纤芯折射率的变化以及透射谱波谷波长的漂移或探测透射谱波谷的强度损耗可以实现对磁场强度的检测。不仅弥补了磁场传感中磁流体易挥发，易沉积、制备困难等不足，而且在使用寿命、灵敏度、集成化等方面更具有优势，也为未来的基于光纤折射率磁场传感器提供了新的研究思路。而光纤本身作为一种传输敏感传输元件，具有与体积依赖性不强、有利于实现小型化设计、耐腐蚀可工作于水下等复杂环境、有利于低功耗设计、易于组网、可靠性高等不同于传统磁传感器的显著优势。有望解决现有磁探测仪灵敏度低、体积大、设备昂贵、功耗大、需要供电、组网困难、无法满足复杂环境长期稳定性工作的国际性难题，发展成为新一代高性能磁传感器，在国民经济和国防建设中获得广泛的应用。

本发明的技术方案是：

一种磁致折变Tb₂O₃掺杂光纤，光纤为三层结构，从内向外是纤芯4、内包层3和外包层2，内包层3包含Tb₂O₃。

内包层3的折射率最高，纤芯4的折射率次之，外包层2的折射率最小。

外包层2采用纯石英材料，纤芯4是掺杂GeO₂、Al₂O₃或P₂O₅的石英疏松层。

外包层2直径115～120μm，内包层3厚度0.1～2μm，纤芯4直径6～8μm。