基于光子晶体光纤内嵌式干涉仪的挥发性有机物传感方法及装置

摘要

本发明涉及基于光子晶体光纤内嵌式干涉仪的挥发性有机物传感方法及装置。将光子晶体光纤内嵌式干涉仪完全置于套筒内，两根单模光纤分别从套筒两侧插入套筒，与光子晶体光纤内嵌式干涉仪的端面接近但不发生接触，实现未熔接的光准直，两根单模光纤的另一端分别与宽带光源的输出端和光谱仪的输入端口光纤连接。光在光子晶体光纤内嵌式干涉仪中传播的时候会发生干涉，出射光为干涉光谱，干涉峰波长与光子晶体光纤包层空气孔内挥发性有机物的浓度有关，通过监测干涉峰的漂移可以实现对浓度的检测。本发明针对现有挥发性有机物传感技术中存在的检测成本高，难于实现长期重复测量和微量检测的问题，提供了一种结构紧凑、可长期重复测量、灵敏度高的基于光子晶体光纤内嵌式干涉仪的挥发性有机物传感方法，以及实现该方法的装置。

主权项

基于光子晶体光纤内嵌式干涉仪的挥发性有机物传感方法，其特征在于该方法包括如下步骤：步骤(1)选择一个输出波长为1500nm至1600nm的宽带光源，两根单模光纤和一个工作波长覆盖1500nm至1600nm的光谱仪，并利用二氧化碳激光器在光子晶体光纤上刻写两个完全相同的长周期光栅，两个长周期光栅的透光率均为3dB，中心波长一致，栅格中心间距为1～4cm，制成一个光子晶体光纤内嵌式干涉仪；步骤(2)将制成的光子晶体光纤内嵌式干涉仪完全置于一个内径为126～127μm套筒内，套筒两端比光子晶体光纤内嵌式干涉仪长2～4cm，长出的部分经预处理有镂空的网状结构，将两根单模光纤分别从套筒两侧插入套筒内，与光子晶体光纤内嵌式干涉仪的端面接近但不发生接触，由于套筒的内径仅比光纤直径大1～2μm，单模光纤与光子晶体光纤内嵌式干涉仪能够很好的实现未熔接的光准直，两根单模光纤的另一端分别与宽带光源的输出端和光谱仪的输入端口光纤连接；步骤(3)步骤(2)中内置好光纤的套筒置于待检测的挥发性有机物环境中，基于光子晶体光纤内嵌式干涉仪上刻写有两个完全相同的透光率为3dB的长周期光栅，光在经过第一个长周期光栅作用时，纤芯中一半的光会被耦合进入光纤的包层中进行传输，经过第二个长周期光栅作用，包层内的光重新被耦合进纤芯，两束光由于传播途径不同，存在光程差，会发生干涉，输出干涉条纹，根据相干光干涉原理，干涉条纹的干涉峰满足：λ＝[nco(C)‑ncl(C)]L/k其中nco(C)为光子晶体光纤芯模的有效折射率，ncl(C)为光子晶体光 纤包层模的有效折射率，它们都与光子晶体光纤包层空气孔内挥发性有机物浓度C有函数关系，L为光子晶体光纤内嵌式干涉仪上两个光栅的栅格中心间距，k为干涉级次，当挥发性有机物经由套筒的镂空结构处扩散进入套筒内，并进一步扩散进入光子晶体光纤的包层空气孔，会改变包层模和芯模的有效折射率，干涉光谱会发生漂移，漂移量Δλdip与挥发性有机物浓度C的关系满足：Δλdip＝K·ΔC其中K为常数，可以由干涉光谱计算出来，因此，可以根据干涉条纹的漂移量来确定挥发性有机物的浓度。