[发明专利]可测量温度的高灵敏度光纤传感器

说明书

本发明涉及光纤表面等离子体共振传感技术领域，提供一种可测量温度的高灵敏度光纤传感器，该可测量温度的高灵敏度光纤传感器包括基底材料，基底材料由内向外依次设置有纤芯和包层；包层包括多个第一空气孔、多个第二空气孔和多个第三空气孔，多个第一空气孔、多个第二空气孔和多个第三空气孔依次沿光纤的径向朝向远离纤芯的方向进行周设；其中，第二空气孔的内壁上涂覆有第一金膜层，且第二空气孔内填充有混合温敏材料。本申请实现了增大可测量温度的高灵敏度光纤传感器的温度灵敏度和测量范围。

技术领域

本发明涉及光纤表面等离子体共振传感技术领域，尤其涉及一种可测量温度的高灵敏度光纤传感器。

背景技术

表面等离子体共振(Surface Plasma Resonance，SPR)传感器由于其对于周围环境变化的高灵敏度，近年来收到了越来越多的关注。SPR效应是指电子集体震荡引起的一种现象，当满足SPR效应的相位匹配条件时，入射光的能量与表面等离子体波(SurfacePlasmon Wave，SPW)耦合，导致共振波长处的光损耗急剧增加。而光子晶体光纤(PhotonicCrystal Fiber，PCF)的出现，再次将基于表面等离子体共振技术的光纤传感器推向一个新的研究热点。光子晶体光纤是由周期性排列的空气孔组成，不同空气孔的设计使其含有相应的传输模式。与传统光纤传感器相比，光子晶体光纤传感器结构灵活多变，灵敏度高，受到了广泛的关注。因为高压化学沉积法可以在光子晶体光纤的孔上镀膜很多材料物质，表面等离子体共振光子晶体光纤(SPR-PCF)传感器更是应用广泛。

在SPR-PCF传感器中，温度传感器占据了相当大的比重。然而，随着技术的不断发展，温度传感器的应用场景也越来越大，而现有的SPR-PCF温度传感器的测量范围小，且灵敏度差等，从而限制了SPR-PCF温度传感器的发展。

发明内容

本发明提供一种可测量温度的高灵敏度光纤传感器，用以解决现有技术中SPR-PCF温度传感器的测量范围小，且灵敏度差的技术缺陷，实现了增大可测量温度的高灵敏度光纤传感器的温度灵敏度和测量范围。

本发明提供一种可测量温度的高灵敏度光纤传感器，包括：

基底材料，所述基底材料由内向外依次设置有纤芯和包层；

所述包层包括多个第一空气孔、多个第二空气孔和多个第三空气孔，多个所述第一空气孔、多个所述第二空气孔和多个所述第三空气孔依次沿光纤的径向朝向远离所述纤芯的方向进行周设；

其中，所述第二空气孔的内壁上涂覆有第一金膜层，且所述第二空气孔内填充有混合温敏材料。

根据本发明提供的一种可测量温度的高灵敏度光纤传感器，多个所述第一空气孔之间呈矩形排列，多个所述第二空气孔之间呈矩形排列，且多个所述第二空气孔分别设置于相邻的两个所述第一空气孔的孔心连线的垂直平分线向外延伸的一侧，多个所述第三空气孔两两补齐设置于不相邻的两个所述第二空气孔的孔心连线的垂直平分线向外延伸的两侧，所述第一空气孔的孔径、所述第一空气孔的孔径以及所述第三空气孔的孔径均不相同。

根据本发明提供的一种可测量温度的高灵敏度光纤传感器，所述第二空气孔与相邻的两个所述第一空气孔的孔心连线的垂直平分线的垂直距离大于或等于2.3μm，且小于或等于2.5μm。

根据本发明提供的一种可测量温度的高灵敏度光纤传感器，所述第一空气孔的孔径大于或等于0.4μm，且小于或等于0.6μm；

所述第二空气孔的孔径大于或等于1.0μm，且小于或等于1.2μm；

所述第三空气孔的孔径大于或等于0.8μm，且小于或等于1.0μm。

根据本发明提供的一种可测量温度的高灵敏度光纤传感器，多个所述第一空气孔构成的矩形分布的边长大于或等于4.7μm，且小于或等于4.9μm。