[实用新型]一种基于细芯光纤修饰CNT的迈克尔逊结构的折射率传感器

说明书

技术领域

一种基于细芯光纤修饰CNT(Carbon Nanotube)的迈克尔逊结构的折射率传感器，属于光纤传感技术领域。

背景技术

光纤折射率传感器一种重要的光纤传感器，常见的一些改善传感器灵敏度的方法是对光纤进行一些特殊的溶解或化学处理使其对外界环境的折射率更加敏感，但是这些方法在提高折射率灵敏度的同时降低了光纤本身的柔韧性，使其在实际应用中受到一些限制。同时大多数折射率传感器会随着外界折射率的增加波长进行漂移，而强度不会因此发生有规律或明显的起伏。这样的传感器容易受到FSR(Free Spectral Rang)的限制，并且不能够在比较宽的折射率范围内进行连续实时的监测。近些年来，越来越多的人们在光纤表面沉积一层薄膜来提高传感器的传感特性。这类传感器具有成本低、容易制作、使结构的折射率的测量范围随着外界环境的改变而改变等优点。

全光纤迈克尔逊干涉仪是一种重要的光纤干涉仪，其结构分两种，一种是在一段单模光纤中间熔接出一个结构，该结构可以激发出包层模，同时光纤的端面可以镀高反射率的银，可将激发出的包层模反射回到纤芯中与纤芯中传输的光发生干涉，或者可将光纤端面熔接出一些特殊结构，可以激发更高级次的包层模。第二种结构是将一段单模光纤与特种光纤熔接在一起，利用单模光纤与特种光纤的纤芯直径不匹配的原理激发出包层模。该结构折射率灵敏度很高，可进行波长和强度的双解调。

CNT是一种对光有高的吸收率并且具有高的折射率的黑色的材料，另一方面CNT 对于硅材料具有很好的兼容性可以在硅表面形成薄膜。重要的是基于它的传感原理，可以使原本结构的折射率的测量范围增大，并且随着外界折射率改变干涉波谱的强度改变得到提高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于细芯光纤修饰CNT的迈克尔逊结构的折射率传感器。该装置成本低，便于制作，可以使原本结构的折射率的测量范围增大，并且随着外界折射率改变干涉波谱的强度改变得到提高。

本实用新型通过以下技术实现：

一种基于细芯光纤修饰CNT的迈克尔逊结构的折射率传感器，其特征在于：由单模光纤(1)、细芯光纤(2)、微弧顶端包层(3)、CNT沉积层(4)组成；单模光纤(1)与细芯光纤(2)相连，微弧顶端包层(3)与细芯光纤(2)相连，CNT沉积层(4)包裹细芯光纤(2)、微弧顶端包层(3)的表面。

所述的一种基于细芯光纤修饰CNT的迈克尔逊结构的折射率传感器，其特征在于：单模光纤(1)、细芯光纤(2)、微弧顶端包层(3)均可采用G.652单模光纤，细芯光纤(2)的纤芯和包层直径分别为4μm和124.5μm，细芯光纤(2)的长度L为2mm，微弧顶端包层(3)的长度l 为45.08μm。

所述的一种基于细芯光纤修饰CNT的迈克尔逊结构的折射率传感器，其特征在于： CNT沉积层(5)采用CNT均匀的沉积在光纤的表面。

本实用新型的工作原理为：依据迈克尔逊干涉仪的干涉公式为：

其中E₁和E₂分别是基模和激发的包层模的大小，Δn＝n₁-n₂是包层模的纤芯的有效折射率差，l₁是L的二倍，λ是工作波长，是初始相位。外界环境的折射率的改变影响了包层模式的有效折射率，从而导致相位的改变。

这可以解释基于细芯光纤的迈克尔逊结构随着外界环境折射率的改变波长和强度都发生了明显的改变。经过CNTs修饰过后的迈克尔逊结构，如图2所示。由于CNTs是一种高折射率和高光吸收率的材料，那么高折射率特性使得包层模式的有效折射率发生变化，这将影响细芯光纤表面的包层模式的倏逝波的强度，导致干涉波峰和波谷的波长和消光比的改变。当外界环境的折射率发生改变时，端面修饰了CNTs的细芯光纤也发生改变，包层模式倏逝波反射强度可使用公式：