[实用新型]基于光纤布拉格光栅解调的光子晶体光纤折射率传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，涉及一种基于光纤布拉格光栅解调的光子晶体光纤折射率传感器。 

背景技术

折射率是一个基本的材料属性，并且在化学、生物和物理领域是最重要的参量之一。体积小和灵敏度高的折射率传感器能够在生物传感和工业加工过程的应用中起到关键的作用。近几年，多种基于光纤的折射率传感器由于具备尺寸小，性能良好，操作方便等优点，受到人们越来越多的关注。他们中的一种是基于光纤光栅的折射率传感器，包括布拉格光纤光栅，长周期光纤光栅和倾斜光纤布拉格光栅等。其中倾斜光纤布拉格光栅由于模式耦合作用，其光栅的共振波长依赖于外部环境的折射率变化。他们中的另一种是基于干涉法，例如法布里-波罗干涉装置，迈克尔逊干涉仪和单-多-单模光纤结构。 

光子晶体光纤在沿轴方向的大量空气孔，具有独特的光学性质，因而可用来研制各种光纤的器件，包括光纤传感器和光纤通讯设备。近些年，人们研制出大量的基于光子晶体光纤的传感器，用来测量折射率、应力和温度。其中，基于光子晶体光纤的折射率传感器做为重要的传感系统，可以通过以下方式实现，如在光子晶体光纤上刻写光纤布拉格光栅，在光子晶体光纤上刻写倾斜光纤布拉格光栅，将光子晶体光纤熔接长周期光纤光栅和联运的光子晶体光纤干涉仪等装置。用来进行折射率传感的基于单-多-单模光纤结构的光子晶体光纤干 涉仪，通常由光子晶体光纤和两单模光纤完全塌陷熔接形成。但是以前针对折射率传感的光子晶体光纤干涉仪的研究工作，传输的信息主要是通过监测干涉谱的波长位移得到，这就导致装置中必须具备较昂贵的光谱分析仪，使得实验成本增加。 

在光纤技术领域，光纤布拉格光栅作为一种重要的光学设备。其具有体积小巧、性价比高和易于生产等优点。将光子晶体光纤干涉仪用做传感头，广泛应用于通过控制布拉格波长移动原来进行的各种测量。同时，光纤布拉格光栅也能够用作光学传感系统中的解调元件，通过测量在布拉格波长处折射光功率的变化来进行光学传感。 

本实用新型是将普通的布拉格光栅用做解调元件连接在光子晶体光纤干涉仪后，此干涉仪由一小段光子晶体光纤两端塌陷熔接单模光纤构成，用来对折射率进行测量。其结构简单，测量成本低，灵敏度高，低温度敏感性，适于实际应用。 

发明内容

本实用新型目的就是针对现有的利用光子晶体光纤干涉仪对折射率测量的实验装置中使用光谱分析仪，使实验成本较高的问题，提出了一种结构简单、实验成本低的基于光纤布拉格光栅解调的光子晶体光纤折射率传感器。 

本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案是： 

基于光纤布拉格光栅解调的光子晶体光纤折射率传感器，包括宽带光源、光纤环路器、由一段光子晶体光纤两端塌陷熔接两单模光纤构成的光纤干涉仪、光纤布拉格光栅、光功率计。 

宽带光源与光纤环路器第一个接口光连接，光纤环路器第二个接口与由一段光子晶体光纤两端塌陷熔接两单模光纤构成的光纤干涉仪光连接，光纤干涉仪另一端与光纤布拉格光栅光连接，光纤环路器第三个接口与光功率计光连接。所述的光子晶体光纤的长度应小于5cm，光纤布拉格光栅的反射波长位于光子晶体光纤干涉仪的干涉光谱单调区间上。 

一个光子晶体光纤两端塌陷熔接单模光纤形成的光纤干涉仪作为传感头，后接的光纤布拉格光栅作为解调器，这样构成了折射率传感器。 

该实用新型具有的有益效果为：当外部的折射率改变时，光子晶体光纤的干涉光谱发生位移，所以光纤布拉格光栅能够反射光子晶体光纤在布拉格波长处干涉光谱的光能量，通过光纤环路器进入光功率计进行测量，从而实现对折射率的传感。由此，通过使用光功率计代替较昂贵的光谱分析仪来监测相应反射光能量得到传输的信息，以减少了实验的成本。同时，由于在光纤布拉格光栅和光子晶体光纤干涉仪中间有个温度补偿，使得折射率传感器有低温度敏感性，适于实际应用。 

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行描述。 

如图1所示，基于光纤布拉格光栅解调的光子晶体光纤折射率传 感器，包括宽带光源1、光纤环路器2、单模光纤3、光子晶体光纤4、光纤布拉格光栅5和光功率计6。宽带光源1与光纤环路器2第一个接口光连接，光纤环路器2第二个接口与单模光纤3光连接，单模光纤3与光子晶体光纤4的前端塌陷熔接，光子晶体光纤4的后端与刻有光纤布拉格光栅5的单模光纤3塌陷熔接，光纤环路器2第三个接口与光功率计6光连接。