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专利号: 2019104058663
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种温度补偿的光子晶体光纤甲烷传感装置,由光源部分(1)、甲烷传感器部分(2)、解调部分(3)组成;光源部分(1)利用单模光纤将宽带光源的光波信号导入甲烷传感器中,甲烷传感器部分(2)用于对光信号进行调制,解调部分(3)采用光谱分析仪输出经甲烷传感器调制后的光波信号;光源部分(1)采用第一段单模光纤,甲烷传感器部分(2)所用光纤为特殊设计的光子晶体光纤,解调部分(3)采用第二段单模光纤;

其中,光子晶体光纤包括:

包层的空气孔(5)呈正六边形分布,包层的空气孔(5)的直径为1.4μm,晶格周期为3.2μm;

内层包括六个成圆形排布的大尺寸气孔(6),该内层的大尺寸气孔(6)的直径为2.8μm,大尺寸气孔(6)的内侧涂覆甲烷敏感薄膜(7),该薄膜的厚度为300nm;

通过在光子晶体光纤内层引入6个涂覆有甲烷敏感薄膜的大气孔以影响模式间的耦合,增大甲烷的传感灵敏度;

第二层包括直径为1.2μm的上填充孔(8)和直径为1.45μm的下填充孔(9),在第二层中选择上填充孔(8)和下填充孔(9)填充特定负折射率温度系数材料;

在包层中选择上、下两空气孔(5)并填充特定负折射率温度系数的功能材料引入缺陷通道,增加传感自由度;当甲烷浓度为0%时,折射率为1.448,且其折射率‑甲烷浓度系数为‑

0.0046RIU/%;在温度为20℃时折射率为1.4153,其折射率‑温度系数为‑0.337e‑4RIU/℃;

通过在包层中选择填充两气孔,利用耦合模理论,有效地解决了温度和甲烷浓度的交叉敏感难题;

通过对两填充空尺寸的优化,在纤芯模损耗光谱中出现左、右两个谐振峰,并且两峰间的自由光谱范围约为230nm,纤芯模损耗光谱中分别在1301.7nm和1529.5nm处分别出现损耗峰,其中1301.7nm处损耗峰为Y偏振方向纤芯基模与上缺陷通道耦合产生,1529.5nm处损耗峰为Y偏振方向纤芯基模与下缺陷通道耦合产生;利用左、右两损耗峰受甲烷浓度及温度影响产生的漂移情况不同达到传感目的;以实现一种温度补偿的高灵敏甲烷传感器,所述传感器直径为29μm,传感器长度为5 10cm。

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