[发明专利]一种基于ZnO纳米棒-微纳光纤混合波导的紫外探测器

说明书

本发明公开了一种基于ZnO纳米棒/微纳光纤混合波导的紫外探测器。该紫外探测器包括依次连接的光源、输入单模光纤、ZnO纳米棒/微纳光纤混合波导、输出单模光纤、光谱仪；所述ZnO纳米棒/微纳光纤混合波导是通过熔融拉锥法制备微纳光纤进而在所制备的微纳光纤锥区采用水热法生长氧化锌纳米棒实现；所述ZnO纳米棒/微纳光纤混合波导受紫外光辐照时，氧化锌纳米棒折射率发生改变，进而微纳光纤锥区倏逝场随之改变，从而改变ZnO纳米棒/微纳光纤混合波导输出光强度。本发明还公开了一种基于ZnO纳米棒/微纳光纤混合波导的紫外探测器相应的制作方法。本发明基于倏逝场原理实现全光纤紫外探测，灵敏度高、结构紧凑、简单、抗电磁干扰能力强。

技术领域

本发明属于光纤传感器技术领域，更具体地，涉及一种基于ZnO纳米棒-微纳光纤混合波导的紫外探测器。

背景技术

德国物理学家Ritte发现紫外区域是200nm-400nm的电磁波段，通常紫外光谱区划分为三个区域：a区(320nm-400nm)，大气中对辐射的吸收最小，这种辐射对人体的维生素D是有益的，但是320nm-345nm的紫外辐射会损害眼睛，并产生皮肤的色素沉淀；b区(270nm-320nm，达到X射线光谱低能量的边界)的辐射对人类是最有害的。蛋白质和脱氧核糖核酸(DNA)的吸收位于该光谱区，这个范围的辐射可以产生生物突变和皮肤癌；c区(200nm-270nm)的辐射会被大气中的臭氧完全吸收，可破坏细胞，应用于医学上的杀菌。但是在小于200nm的真空紫外辐射会完全被空气所吸取。国际癌症研究所已将紫外线列为I类致癌物，其对人体的伤害为慢性，容易被忽视，可见对于紫外线探测和辐射量的测量是非常重要的。对UV-a、UV-b和UV-c具备高灵敏度的探测器被称为“可见盲”探测器。不仅如此，紫外检测已广泛的应用于火灾预警、导弹追踪、紫外通信、天文观测、生物研究等领域，因此，钻研紫外检测装置非常重要。

过去的紫外检测是使用光电倍增管制备而成的，这种管易碎、成本高、体积大而且笨重。而新一代宽带隙半导体，如(Al，In)GaN，金刚石和SiC，具有理想的光谱选择性、高响应度、高热稳定性、强大的辐射硬度和高响应速度的优点。与GaN基材料类似，ZnO表现出优异的UV光敏性，这是UV光检测的关键。同时，ZnO更耐辐射损伤并且比GaN便宜得多。因而，纳米ZnO材料具备很大的紫外检测潜力。随着光纤检测技术的不断发展，其由于小尺寸、高灵敏度、抗电磁干扰，重量轻和多阵列功能等特殊的前景，在紫外检测领域受到越来越多的关注，具有广阔的发展前景及研究意义。

发明内容

针对现有技术的缺陷以及改进需要，本发明的实施实例提供了一种基于ZnO纳米棒-微纳光纤混合波导的紫外探测器，其目的在于通过纳米ZnO材料与微纳光纤传感相结合，采用光生载流子可改变ZnO折射率的特性，基于倏逝场原理实现全光纤紫外探测，不需要电学设备，避免光电流的测量，解决现有紫外探测器可靠性较低、制备条件苛刻、生产成本高、技术难度大的问题。

为达上述目的，本发明实施实例采用如下技术方案：

提供了一种基于ZnO纳米棒-微纳光纤混合波导的紫外探测器，其特征在于，该紫外探测器包括依次连接的光源(1)、输入单模光纤(2)、ZnO纳米棒-微纳光纤混合波导(3)、输出单模光纤(4)、光谱仪(5)，其中：

所述光源(1)为ASE宽带光源，中心波长为1550nm，带宽80nm，用于产生光信号；

所述输入单模光纤(2)用于接收光源(1)的光信号，并将其传输给ZnO纳米棒-微纳光纤混合波导(3)；

所述ZnO纳米棒-微纳光纤混合波导(3)输入端与输入单模光纤(2)相对准熔接，输出端与输出单模光纤(4)相对准熔接，用于紫外光信号探测；

所述ZnO纳米棒-微纳光纤混合波导(3)受紫外光辐照时，氧化锌纳米棒涂层折射率发生变化，锥区倏逝场即随之发生变化，从而改变ZnO纳米棒-微纳光纤混合波导(3)输出光信号的光功率；所述输出单模光纤(4)将ZnO纳米棒-微纳光纤混合波导(3)输出光信号送入光谱仪(5)；