專利名稱：一種基于光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵的揮發(fā)性有機(jī)物傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵(Photonic crystal fiber-Long period grating, PCF-LPG)的揮發(fā)性有機(jī)物傳感器。
背景技術(shù)：
揮發(fā)性有機(jī)物(volatile organic compounds, VOCs)是最常見(jiàn)的一類空氣污染物，通常指的是沸點(diǎn)在50 250°C，在常溫常壓下可以形成蒸氣的有機(jī)物，主要包括苯系物、有機(jī)氯化物、氟利昂系列、有機(jī)酮類、醇類、胺、醚以及酯類等。VOCs具有毒性、刺激性以及致癌性，會(huì)嚴(yán)重破壞環(huán)境和人體健康。因此，發(fā)展靈敏、快速、準(zhǔn)確測(cè)定空氣中VOCs含量的方法是非常必要的。在現(xiàn)有的檢測(cè)方法中，由于光纖的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，例如體積小，損耗低，適于遠(yuǎn)程檢測(cè)等，基于光纖的揮發(fā)性有機(jī)物檢測(cè)越來(lái)越受到人們的重視。基于光纖的揮發(fā)性有機(jī)物檢測(cè)方法種類很多，最常見(jiàn)的是基于光譜分析的方法，對(duì)待測(cè)氣體的特征吸收譜線進(jìn)行檢測(cè)分析得到待測(cè)氣體濃度。這種檢測(cè)方法靈敏度高，響應(yīng)快，但是常需要特殊的光源來(lái)匹配不同種類待測(cè)氣體的吸收譜范圍，因此成本高，限制了其應(yīng)用范圍?；诠饫w光柵的揮發(fā)性有機(jī)物檢測(cè)也有所報(bào)道，待測(cè)氣體作用于光纖光柵外部，通過(guò)影響光纖光柵的纖芯、包層有效折射率引起諧振波長(zhǎng)的漂移。但是光柵的刻寫(xiě)會(huì)對(duì)光纖造成損害，難以長(zhǎng)期使用。針對(duì)上述問(wèn)題，我們提出了一種基于光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵的揮發(fā)性有機(jī)物傳感器。這種傳感器結(jié)構(gòu)緊湊，可長(zhǎng)期重復(fù)測(cè)量，便于微量監(jiān)測(cè)，靈敏度高，同時(shí)具有光子晶體光纖抗溫度干擾的特性，可以很好的實(shí)現(xiàn)不同種類揮發(fā)性有機(jī)物的檢測(cè)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的就是解決現(xiàn)有揮發(fā)性有機(jī)物傳感技術(shù)中存在的檢測(cè)成本高，難于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期重復(fù)測(cè)量和微量檢測(cè)的問(wèn)題，提供了一種結(jié)構(gòu)緊湊、可長(zhǎng)期重復(fù)測(cè)量、靈敏度高的基于光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵的揮發(fā)性有機(jī)物傳感器?！N基于光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵實(shí)現(xiàn)揮發(fā)性有機(jī)物傳感器，包括一個(gè)寬帶光源、兩根單模光纖、一段光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵、一個(gè)套筒和一個(gè)光譜儀。將光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵完全置于套筒內(nèi)，將兩根單模光纖分別從套筒兩側(cè)插入套筒內(nèi)，與光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵的端面接近但不發(fā)生接觸，實(shí)現(xiàn)未熔接的光準(zhǔn)直，兩根單模光纖的另一端分別與寬帶光源的輸出端和光譜儀的輸入端口光纖連接。所述的套筒內(nèi)徑為126 127μπι，套筒兩端比光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵長(zhǎng)2 4cm，長(zhǎng)出的部分經(jīng)預(yù)處理有鏤空的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型所具有的有益效果為:1.光子晶體光纖的包層中具有大量微米量級(jí)的空氣孔結(jié)構(gòu)。當(dāng)VOCs經(jīng)過(guò)揮發(fā)并擴(kuò)散進(jìn)入光子晶體光纖包層的空氣孔后，對(duì)光子晶體光纖的芯模和包層模的有效折射率的作用更為直接，增加測(cè)量靈敏度。而且，光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵兩端與兩根單模光纖未熔接的光準(zhǔn)直方式，可以使得VOCs分子易于排出，便于重復(fù)測(cè)量。2.光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵具有光子晶體光纖對(duì)溫度變化不敏感的特性，使得測(cè)量過(guò)程不受外界溫度的影響，避免了溫度對(duì)測(cè)量造成影響，提高測(cè)量精度。 3.整個(gè)傳感測(cè)量裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊，可長(zhǎng)期重復(fù)測(cè)量，便于微量監(jiān)測(cè)，靈敏度高，可以很好的實(shí)現(xiàn)不同種類揮發(fā)性有機(jī)物的檢測(cè)。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實(shí)用新型傳感部位的細(xì)節(jié)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步描述。如圖1所示，一種基于光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵實(shí)現(xiàn)揮發(fā)性有機(jī)物傳感器，主要包括寬帶光源1、兩根單模光纖2、光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵3、套筒4、光譜儀5。將光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵3完全置于套筒4內(nèi)，將兩根單模光纖2分別從套筒4兩側(cè)插入套筒4內(nèi)，與光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵3的端面接近但不發(fā)生接觸，實(shí)現(xiàn)未熔接的光準(zhǔn)直，兩根單模光纖2的另一端分別與寬帶光源I的輸出端和光譜儀5的輸入端口光纖連接。利用該傳感裝置實(shí)現(xiàn)揮發(fā)性有機(jī)物傳感的方法包括以下步驟:步驟(I)選擇一個(gè)輸出波長(zhǎng)為1500nm至1600nm的寬帶光源，兩根單模光纖和一個(gè)工作波長(zhǎng)覆蓋1500nm至1600nm的光譜儀，并利用二氧化碳激光器在光子晶體光纖上刻寫(xiě)一個(gè)長(zhǎng)周期光柵，制成光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵；步驟(2)將制成的光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵完全置于一個(gè)內(nèi)徑為126 127 μ m套筒內(nèi)，套筒兩端比光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵長(zhǎng)2 4cm，長(zhǎng)出的部分經(jīng)預(yù)處理有鏤空的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將兩根單模光纖分別從套筒兩側(cè)插入套筒內(nèi)，與光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵的端面接近但不發(fā)生接觸，由于套筒的內(nèi)徑僅比光纖直徑大I 2μπι，單模光纖與光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵能夠很好的實(shí)現(xiàn)未熔接的光準(zhǔn)直，兩根單模光纖的另一端分別與寬帶光源的輸出端和光譜儀的輸入端口光纖連接；步驟(3)將步驟(2)中內(nèi)置好光纖的套筒置于待檢測(cè)的揮發(fā)性有機(jī)物環(huán)境中。基于光子晶體光纖上刻寫(xiě)有長(zhǎng)周期光柵，光在光子晶體光纖中傳播并經(jīng)長(zhǎng)周期光柵作用，出射光會(huì)有諧振峰，諧振波長(zhǎng)與光子晶體光纖包層模和纖芯模的有效折射率有關(guān):入=nco (C) -ncl (C) ] Λ其中η。。(C)為光子晶體光纖芯模的有效折射率，ncl(C)為光子晶體光纖包層模的有效折射率，它們都與光子晶體光纖包層空氣孔內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物濃度C有函數(shù)關(guān)系，Λ為長(zhǎng)周期光柵的柵格周期。因此，當(dāng)揮發(fā)性有機(jī)物經(jīng)由套筒的鏤空結(jié)構(gòu)處擴(kuò)散進(jìn)入套筒內(nèi)，并進(jìn)一步擴(kuò)散進(jìn)入光子晶體光纖的包層空氣孔，會(huì)改變包層模和纖芯模的有效折射率，從而觀測(cè)到諧振波長(zhǎng)的變化，通過(guò)監(jiān)測(cè)諧振波長(zhǎng)的移動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)濃度的檢測(cè)。在本實(shí)例中所使用的光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵的柵格周期Λ為160 μ m，包層空氣孔折射率η = I時(shí)諧振波長(zhǎng)為1533.87nm，記錄對(duì)應(yīng)不同體積分?jǐn)?shù)的甲醇試劑所對(duì)應(yīng)的諧振波長(zhǎng)，其結(jié)果如表一。表一空氣中甲醇體積分?jǐn)?shù)與諧振波長(zhǎng)的變化關(guān)系
權(quán)利要求1.一種基于光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵的揮發(fā)性有機(jī)物傳感器，包括寬帶光源、單模光纖、光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵、套筒和光譜儀，其特征在于: 將光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵完全置于套筒內(nèi)，將兩根單模光纖分別從套筒兩側(cè)插入套筒內(nèi)，與光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵的端面接近但不發(fā)生接觸，實(shí)現(xiàn)未熔接的光準(zhǔn)直，兩根單模光纖的另一端分別與寬帶光源的輸出端和光譜儀的輸入端口光纖連接；所述的套筒內(nèi)徑為126 127 μ m,套筒兩端比光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵長(zhǎng)2 4cm，長(zhǎng)出的部分經(jīng)預(yù)處理有鏤空的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵的揮發(fā)性有機(jī)物傳感器。將光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵完全置于套筒內(nèi)，將兩根單模光纖分別從套筒兩側(cè)插入套筒內(nèi)，與光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵的端面接近但不發(fā)生接觸，實(shí)現(xiàn)未熔接的光準(zhǔn)直，兩根單模光纖的另一端分別與寬帶光源的輸出端和光譜儀的輸入端口光纖連接。光在光子晶體光纖中傳播并經(jīng)長(zhǎng)周期光柵作用，出射光會(huì)有諧振峰，諧振波長(zhǎng)與光子晶體光纖包層空氣孔內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的濃度有關(guān)，通過(guò)監(jiān)測(cè)諧振波長(zhǎng)的移動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)濃度的檢測(cè)。本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有揮發(fā)性有機(jī)物傳感技術(shù)中存在的檢測(cè)成本高，難于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期重復(fù)測(cè)量和微量檢測(cè)的問(wèn)題，提供了一種結(jié)構(gòu)緊湊、可長(zhǎng)期重復(fù)測(cè)量、靈敏度高的基于光子晶體光纖長(zhǎng)周期光柵的揮發(fā)性有機(jī)物傳感器。
文檔編號(hào)G01N21/01GK203025081SQ20122057123
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者趙春柳, 姬崇軻, 齊亮, 牛犖, 康娟, 金永興 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院