本實用新型涉及光纖傳感領(lǐng)域，尤其涉及一種基于錐形保偏光纖的靈敏度增強(qiáng)光纖折射率傳感器。

背景技術(shù)：

光纖拉錐作為一種新穎的光纖微加工技術(shù)，可增加光的耦合效率,匯聚輸出光的能量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈活性，因其結(jié)構(gòu)緊湊、制作簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于生物、化學(xué)傳感、數(shù)據(jù)存儲、圖像傳感等領(lǐng)域，保偏光纖因為對線偏振光具有較強(qiáng)的偏振保持能力，并且與普通單模光纖有良好的相容性而在光纖通信和光纖傳感系統(tǒng)中得到了越來越廣泛應(yīng)用。保偏光纖通過拉錐能夠同時具有良好的傳感能力和偏振保持能力，但是由于其固有雙折射的影響，會降低其靈敏度，在拉錐保偏光纖PMF₁后熔接一段慢軸與之垂直的未拉錐的保偏光纖PMF₂，通過調(diào)節(jié)其長度和種類，能夠有效降低拉錐保偏光纖固有雙折射的影響，實現(xiàn)靈敏度的線性增強(qiáng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型實施例所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種新型錐形保偏光纖折射率傳感器，可實現(xiàn)光纖的折射率靈敏度的線性增強(qiáng)。

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型實施例提供了一種新型錐形保偏光纖折射率傳感器，依次包括輸入端單模光纖、錐形保偏光纖、未拉錐保偏光纖、輸出端單模光纖，所述錐形保偏光纖為熊貓型保偏光纖拉錐結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述拉錐結(jié)構(gòu)兩端直徑與中部錐腰直徑比為2：1。

更進(jìn)一步地，所述錐形保偏光纖兩端直徑為125μm，錐腰直徑為62.5μm。

更進(jìn)一步地，所述錐形保偏光纖長度與未拉錐保偏光纖長度差為0.2cm~2cm。

更進(jìn)一步地，所述未拉錐保偏光纖的快慢軸和所述錐形保偏光纖的快慢軸相互垂直。

更進(jìn)一步地，所述錐形保偏光纖為熊貓型保偏光纖拉錐形成。

更進(jìn)一步地，所述輸入端單模光纖輸入端通過起偏器連接寬帶光源，所述輸出端單模光纖通過檢偏器連接光譜儀。

實施本實用新型實施例，具有如下有益效果：本實用新型的錐形保偏光纖折射率傳感器以有效雙折射作為傳感量，能夠?qū)崿F(xiàn)錐形保偏光纖傳感器靈敏度的線性增強(qiáng)。本實用新型光纖傳感器采用在錐形保偏光纖PMF₁的旁邊熔接一段快慢軸與之相互垂直的未拉錐保偏光纖PMF₂，制備簡單而且能夠使得靈敏度大幅度的線性提升，可以廣泛應(yīng)用于國防、工業(yè)生產(chǎn)等民用領(lǐng)域和生物化學(xué)等傳感領(lǐng)域。

附圖說明

圖1是本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型的應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型的折射率靈敏度實驗圖。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

參照圖1所示的結(jié)構(gòu)示意圖。

本實用新型實施例的一種錐形保偏光纖折射率傳感器，依次包括輸入端單模光纖1、錐形保偏光纖(PMF₁)2、未拉錐保偏光纖(PMF₂)3以及輸出端單模光纖4，在測試過程中，輸入端單模光纖1通過起偏器與寬帶光源相連，輸出端單模光纖4通過檢偏器與光譜儀相連，如圖2所示。

錐形保偏光纖(PMF₁)2為熊貓型保偏光纖拉錐結(jié)構(gòu)，兩端直徑為125μm,錐形區(qū)域為光纖直徑緩變的絕熱近似區(qū)，錐腰直徑為62.5μm，兩端與錐腰直徑比為2:1，其錐區(qū)長度在滿足近似的條件下可變。

靈敏度線性增強(qiáng)機(jī)制是采用一段未拉錐熊貓型保偏光纖。

未拉錐保偏光纖PMF₂的快慢軸和錐形保偏光纖PMF₁的快慢軸相互垂直。

錐形保偏光纖(PMF₁)2為傳感區(qū)域，從光源輸出的光經(jīng)過起偏器變成線偏振光，偏振方向與錐形保偏光纖的主軸夾角為π/4，通過單模光纖輸入到保偏光纖PMF₁后，分解為沿其快慢軸傳輸?shù)膬蓚€線偏振光，產(chǎn)生相位差，然后通過未拉錐保偏光纖(PMF₂)，最后經(jīng)過與起偏器通光方向相同的檢偏器，兩線偏振光相互干涉，用光譜儀測試透射譜。錐形保偏光纖PMF₁在保持沿主軸的偏振態(tài)的同時，其有效雙折射會隨著外界環(huán)境折射率的變化而改變。透射譜的波谷對應(yīng)波長λ滿足：

(m+1/2)λ=B₁L₁

其中為整數(shù)，B₁為錐形保偏光纖PMF₁的有效雙折射，L₁為其長度，當(dāng)有效雙折射在環(huán)境折射率變化影響下改δ變δB₁時，波谷對應(yīng)波長會發(fā)生移動，其移動量δλ滿足：

δλ/λ=δB₁/B₁

對于本實用新型錐形保偏光纖折射率傳感器而言，由于在錐形拉錐保偏光纖PMF₁之后熔接了一段快慢軸與之相互垂直的未拉錐保偏光纖PMF₂，使得透射波谷對應(yīng)波長λ滿足：

(m+1/2) λ=B₁L₁-B₂L₂

其中B₂為未拉錐保偏光纖PMF2的雙折射，L₂為其長度，當(dāng)錐形保偏光纖PMF₁的有效雙折射在環(huán)境折射率變化影響下改變δB₁時，對應(yīng)波長發(fā)生的移動量δλ變?yōu)椋?/p>

δλ/λ=δB₁L₁/(B₁L₁-B₂L₂)

從上述公式中可以看出，在沒有熔接未拉錐保偏光纖PMF₂時，錐形保偏光纖PMF₁的固有雙折射會降低傳感器的靈敏度，在錐形保偏光纖PMF₁熔接一段快慢軸與之相互垂直的未拉錐保偏光纖PMF₂后，通過控制未拉錐保偏光纖PMF₂的雙折射（保偏光纖的種類）與長度就能夠盡量消除PMF₁固有雙折射對傳感器檢測靈敏性的不利影響，從而大大的，而且線性的提高波長移動量，很大程度上改善其作為傳感被測量的響應(yīng)靈敏度。

本實施例對折射率進(jìn)行傳感時的光路傳輸為，從寬帶光源輸出的光經(jīng)過起偏器，再從輸入端進(jìn)入錐形保偏光纖PMF₁，在包層傳輸?shù)膬烧痪€偏振態(tài)受環(huán)境折射率的影響其傳播常數(shù)發(fā)生不同大小的變化，然后通過快慢軸與之相互垂直的未拉錐保偏光纖PMF₂，最后兩正交線偏振態(tài)通過檢偏器產(chǎn)生干涉，透射譜在光譜儀上顯示。

錐形保偏光纖長度與未拉錐保偏光纖長度差為0.2cm~2cm，優(yōu)選錐形保偏光纖PMF₁長度為9cm，測得其折射率靈敏度為176.4nm/RIU,熔接上一段長度為7.5cm的快慢軸與之相互垂直的未拉錐保偏光纖PMF₂后，其折射率靈敏度線性增加到819.8nm/riu，實現(xiàn)了靈敏度的增強(qiáng)，如圖3所示。

本實用新型提出的錐形保偏光纖折射率傳感器，其優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）本實用新型采用錐形保偏光纖為傳感區(qū)域，在具備較高靈敏度的同時具備良好的偏振保持能力；

（2）本實用新型能夠在錐形保偏光纖的基礎(chǔ)上實現(xiàn)靈敏度的線性增強(qiáng)；

（3）本實用新型體積小，結(jié)構(gòu)簡單，在制作的時候非常容易。

當(dāng)然上述實施例只為說明本實用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人能夠了解本實用新型的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本實用新型的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本實用新型主要技術(shù)方案的精神實質(zhì)所做的修飾，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。