[发明专利]一种面向光纤端面接触液体折射率测量的微波光子滤波器系统及方法

说明书

本发明公开了一种面向光纤端面接触液体折射率测量的微波光子滤波器系统及方法，包括宽谱光源、电光调制器、光纤环形器、传输光纤光电探测器、频谱分析模块，本发明提供的一种面向光纤端面接触液体折射率测量的微波光子滤波器系统及方法，通过外调制的方法对输出光进行调制，使用宽谱激光光源，降低了光源要求，同时不需要使用光谱仪对波长进行解调，减少了系统成本，可实现长距离测量。

本发明涉及微波光子学、微波光子滤波器、以及微波光子滤波器应用于传感的技术领域，具体地说，是一种面向光纤端面接触液体折射率测量的微波光子滤波器系统及方法。

背景技术

折射率是一种很重要的光学常数，借助折射率能了解物质的光学性能、纯度以及色散等性质。在化工、医药、食品、石油等行业的研究中，经常需要测定一些液体的折射率和浓度，因此对液体折射率的准确测量，在许多领域都有非常重要的意义。

海洋占地球总面积的71％，其中蕴含着大量生物资源和石油，天然气等能源，对海洋的研究有利于提高人类对海洋资源的利用率。在人类进一步探索，研究海洋，利用海洋资源谋求更长远，更优质的发展的今天，对海洋各项参数的测量十分重要。折射率作为物质光学性质的重要物理参数之一，在海水盐度测量领域也有重要作用。早期的国外研究者通过对水和盐水折射率的研究，建立了包括含盐量，温度，折射率等参数的数学模型。随着测量技术的发展，不断有国内外科学家完善折射率和盐度的测量模型。测量海水的折射率常见的方法有激光照射法、衍射法、掠面入射法、光学临界角法等^[1-3]。

在现代信息技术高速发展的今天，传感技术已成为现代信息产业支柱之一的高新技术，其发展程度已成为现代科学技术发展水平的重要依据，因而受到了世界各国的广泛重视。传感技术领域当中目前最受人们关注的就是光纤传感技术，该技术与传统的传感技术在传感原理与信号处理方面有很大的不同，且在工程造价和使用范围等都优于传统的传感技术。

光纤折射率传感器是光纤传感器中的一个重要分支，光纤折射率传感器可用于生化传感和监测技术，且可以监控食品加工过程和化学工艺过程等。在食品加工和环境监测等领域中，做到实时监测具有非常重要的意义，因此光纤折射率传感器具有非常重要的研究价值。由于光纤折射率传感器在实际使用中的意义非常重大，因而受到了国内外学者的广泛关注，且取得了非常不俗的研究成果。常见的光纤折射率传感器主要有光纤光栅型^[4]、拉锥光纤型^[5]、光纤珐珀型^[6]和菲涅尔反射型^[7]等。

光纤光栅传感器是一种非常灵敏的折射率传感器，通过外界环境参量影响光纤内光波的特征参量变化，对出射光的检测便可以感知外界环境参量，光纤光栅通常可以分为两种类型：长周期光纤光栅和布拉格光纤光栅，长周期光纤光栅是通过包层模的倏逝场来测量外界折射率，布拉格光纤光栅是通过检测光栅中心波长的漂移来检测折射率；拉锥光纤型的传感原理是通过将光纤拉锥或通过化学腐蚀的方法对光纤进行处理，使光纤的包层模与外界折射率进行接触，从而破坏光在光纤内的全反射传输，使得纤芯内传输的光信号泄露与外界环境接触，导致光纤中光信号能量的损失，一般使用强度解调方法来测量外界折射率；光纤珐珀传感器是基于光干涉原理来解调的，由于其结构微小，非常适合封装，通常用于油井、航空航天等高温、高压特殊环境中，但是其对腔长的要求非常严格，通常情况下腔长一般为几十微米，且必须小于光源的相长度，否则无法发生干涉；菲涅尔反射型折射率传感器是利用切平光纤端面与外界环境的折射率差，在光纤端面与外界环境的分界面发生菲涅尔反射型，反射光通过光纤反射至光电探测器，再检测反射光强度大小便可以通过强度解调出外界折射率的大小，其优点在于制作较简单，只需要将光纤端面切平即可，在测量液体折射率时，将切平的光纤端面浸入待测溶液，通过检测反射光强度即可实现折射率测量。

光纤折射率传感器因其抗电磁干扰能力强、探头微型化等一系列优点而备受关注，但是也存在制作工艺复杂，结构复杂、集成度差等问题。