本實(shí)用新型提出了基于拉曼散射倏逝場(chǎng)的甲苯乙醇光纖傳感器，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

雙錐形微納光纖是光纖結(jié)構(gòu)拉伸到直徑只有光波長(zhǎng)大小的結(jié)構(gòu)。這種雙錐微納結(jié)構(gòu)光波導(dǎo)通過(guò)的時(shí)候，會(huì)在光纖外面與外界產(chǎn)生感應(yīng)的倏逝波，倏逝波可以與外界的媒質(zhì)相互作用。

雙錐形微納光纖浸沒在液體中可以產(chǎn)生拉曼非線性的倏逝波，發(fā)出的光量子經(jīng)過(guò)拉曼散射，其中的斯托克斯光量子會(huì)向著能量更低的光量子轉(zhuǎn)化并在微納光纖中傳播，于是發(fā)出的光量子就會(huì)因?yàn)槔⑸涠牟⑥D(zhuǎn)化為斯托克斯光波導(dǎo)模式，因?yàn)槲⒓{光纖的直徑非常小，只可以一個(gè)模式在纖芯里傳播，如果外界環(huán)境中的媒介發(fā)生變化，則微納光纖中的斯托克斯的光波導(dǎo)模式會(huì)產(chǎn)生變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于拉曼散射倏逝場(chǎng)的甲苯乙醇光纖傳感器，通過(guò)將一定功率的脈沖激光輸入到微納光纖中，利用拉曼散射的原理，在微納光纖的纖芯傳播斯托克斯模式的光，微納光纖表面?zhèn)鞑サ馁渴挪ㄅc外界的媒介接觸，使得光纖纖芯內(nèi)傳播的斯托克斯光波模式產(chǎn)生頻移，不同的媒介對(duì)纖芯內(nèi)的斯托克斯光產(chǎn)生不同的影響，光譜的成分也有很多不同之處，利用該特性，可以檢測(cè)甲苯一乙醇混合溶液的光譜特性，為物質(zhì)的檢測(cè)提供了一種新的方法。

本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：基于拉曼散射倏逝場(chǎng)的甲苯乙醇光纖傳感器，其特征在于：由微型激光器(1)、磷酸氧鈦鉀晶體(2)、紅外濾波片(3)、1/2波片(4)、偏振分光鏡(5)、單模濾波器(6)、微納光纖(7)、水槽(8)、光譜分析儀(9)、透鏡(10)和顯微物鏡(11)組成，微型激光器(1)出光口通過(guò)透鏡(10)準(zhǔn)直后依次經(jīng)過(guò)磷酸氧鈦鉀晶體(2)二倍頻、紅外濾波片(3)過(guò)濾紅外光線、1/2波片(4)、偏振分光鏡(5)，顯微物鏡 (11)收集偏振分光鏡(5)的出射光，顯微物鏡(11)出光口與單模濾波器(6)左端連接，單模濾波器(6)右端與微納光纖(7)左端連接，微納光纖(7)浸沒到水槽(8)中并且右端與光譜分析儀(9)連接。

所述的微納光纖(7)型號(hào)為28號(hào)通訊光纖，通過(guò)電腦控制同步電機(jī)拉制而成。

所述的單模濾波器(6)是一個(gè)拉錐長(zhǎng)度超過(guò)1厘米直徑為40um的雙錐形光纖。

所述的單模濾波器(6)與微納光纖(7)的距離不超過(guò)20cm。

所述微納光纖(7)長(zhǎng)度為6cm，直徑為700nm。

所述微型激光器(1)泵浦波長(zhǎng)為532nm。

本實(shí)用新型的工作原理是：入射光在經(jīng)過(guò)磷酸氧鈦鉀晶體(2)實(shí)現(xiàn)二倍頻，經(jīng)過(guò)紅外濾波片(3)過(guò)濾掉紅外波，經(jīng)過(guò)偏振分光鏡(5)后，為了讓光纖中傳播的模式為HE₁₁，于是就加入一個(gè)單模濾波器(6)。當(dāng)調(diào)制好的光通過(guò)微納光纖(7)后產(chǎn)生倏逝波與水槽(8) 中的液體相互作用后，檢測(cè)經(jīng)過(guò)微納光纖出來(lái)的斯托克斯光譜，對(duì)于輸出光的脈沖常數(shù)可以表示為：

γ＝g_S1P_critL (1)

其中γ≈23，g_S1代表拉曼增益，L代表微納光纖(7)的長(zhǎng)度，P_crit代表從微納光纖出射的斯托克斯光能量，在本次實(shí)驗(yàn)中g(shù)_S1＝1.04m^-1·W^-1。

泵浦源產(chǎn)生的頻率會(huì)產(chǎn)生一級(jí)斯托克斯模式光，一級(jí)的斯托克斯模式會(huì)產(chǎn)生拉曼頻移出現(xiàn)二級(jí)斯托克斯模式光，以此類推，公式可以表示為：

ω_S1＝ω_P-Δω_Stokes，ω_S2＝ω_S1-Δω_Stokes、ω_S3＝ω_S2-Δω_Stokes，… (2)

其中ω_P代表泵浦源角頻率，ω_S1、ω_S2、ω_S3分別代表一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)斯托克斯模式角頻率，代表拉曼頻移，在本實(shí)驗(yàn)中，泵浦源的波長(zhǎng)為1.06um，工作頻率500Hz，脈沖最大半寬度為 510ps。

考慮前兩個(gè)斯托克斯模式，可以得出耦合波方程，可以表示為：

其中P_P、P_S1、P_S2分別代表泵浦源、一級(jí)斯托克斯光、二級(jí)斯托克斯光的瞬時(shí)功率，z 表示以微納光纖為z軸上的坐標(biāo)長(zhǎng)度，于是可以根據(jù)此公式可以得出在坐標(biāo)z＝0時(shí)，一級(jí)斯托克斯光功率，可以表示為：

其中h代表普朗克常量，Δv_FWHM代表拉曼光譜的最大半寬度，P_S1代表一級(jí)斯托克斯光瞬時(shí)功率。二級(jí)斯托克斯光是由一級(jí)斯托克斯光衍生出來(lái)，即二級(jí)斯托克斯光瞬時(shí)功率可以用上式表示，泵浦源就變成了P_S1，當(dāng)外界介質(zhì)的折射率變化時(shí)，相應(yīng)的斯托克斯光功率與光譜也會(huì)有所改變。

本實(shí)用新型的有益效果是：將微納光纖對(duì)液體傳感光譜有著明顯的改變。本次實(shí)驗(yàn)對(duì)乙醇與甲苯的1∶1混合液體進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，得到了一系列光譜，光譜的波峰與波谷之間的能量差達(dá)到40dB，變化非常明顯，這對(duì)乙醇一甲苯混合液的檢測(cè)提出了新的方法。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的基于拉曼散射倏逝場(chǎng)的甲苯乙醇光纖傳感器特征裝置示意圖。

圖2是本實(shí)用新型的微納光纖結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明在測(cè)試乙醇時(shí)產(chǎn)生的光譜圖。

圖4是本實(shí)用新型的在測(cè)試乙醇與甲苯的1∶1混合液中產(chǎn)生的光譜圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

參見附圖1，基于拉曼散射倏逝場(chǎng)的甲苯乙醇光纖傳感器，其特征在于：由微型激光器(1)出光口通過(guò)透鏡(10)準(zhǔn)直后依次經(jīng)過(guò)磷酸氧鈦鉀晶體(2)二倍頻、紅外濾波片(3) 過(guò)濾紅外光線、1/2波片(4)、偏振分光鏡(5)、顯微物鏡(11)收集前一級(jí)的入射光，顯微物鏡(11)出光口與單模濾波器(6)左端連接，單模濾波器(6)右端與微納光纖(7)左端連接，微納光纖(7)浸沒到水槽(8)中并且右端與光譜分析儀(9)連接。微納光纖(7) 由28號(hào)通訊單模光纖在電腦的控制下移動(dòng)光纖位移平臺(tái)，在一定的速度下拉伸并加熱結(jié)構(gòu)的中心部分制作而成，微納光纖(7)浸沒在水槽(8)中。本實(shí)用新型的工作原理是：入射光在經(jīng)過(guò)磷酸氧鈦鉀晶體(2)實(shí)現(xiàn)二倍頻，經(jīng)過(guò)紅外濾波片(3)過(guò)濾掉紅外波，經(jīng)過(guò)偏振分光鏡(5)后，為了讓光纖中傳播的模式為HE₁₁，于是就加入一個(gè)單模濾波器(6)。調(diào)制好的光通過(guò)微納光纖(7)后產(chǎn)生倏逝波與水槽(8)中的液體相互作用，形成不同特性的光波導(dǎo)。

本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)溫度為23攝氏度；各部分的光纖熔接，采用的光纖熔接機(jī)型號(hào)為 Fujikura 60s，程序設(shè)置是光纖熔接機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)程序；單模濾波器(6)是一個(gè)拉錐長(zhǎng)度超過(guò)1厘米直徑為40um的雙錐形光纖；單模濾波器(6)與微納光纖(7)的距離不超過(guò)20cm；微納光纖(7)長(zhǎng)度為6cm，直徑為700nm；微型激光器(1)泵浦波長(zhǎng)為532nm；微納光纖(7) 用28號(hào)通訊光纖在高溫下，通過(guò)電腦操控步進(jìn)電機(jī)拉制而成。圖2為拉制光纖的結(jié)構(gòu)圖，光纖直徑為700nm，光纖兩邊因?yàn)榧訜崂斓脑虺尸F(xiàn)錐形結(jié)構(gòu)。圖3為本發(fā)明在測(cè)試乙醇產(chǎn)生的光譜圖，在該圖中可以知泵浦光源的波長(zhǎng)為532nm，在注入光能量為0.22μJ時(shí)，在630nm 處產(chǎn)生了比較明顯的譜峰，幅值響應(yīng)達(dá)到了30dB。圖4為傳感測(cè)試乙醇與甲苯的1∶1混合液中的光譜圖，乙醇與甲苯相似相溶，溶液混合均勻，將該溶液放入比色皿中并浸沒傳感部分，檢測(cè)出來(lái)的光譜呈現(xiàn)出特定的吸收峰，響應(yīng)幅度可達(dá)到40dB，為溶液的檢測(cè)提供了新的方法。