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申请/专利权人：东北大学

摘要：本发明提供了一种LMR微结构光纤，其包括：纤芯、包层以及位于包层中的空气孔，该LMR微结构光纤采用纤芯包层结构，纤芯中心没有空气孔，六个扇形空气孔大小相同且呈正六边形排列，孔内介质折射率为1，扇形空气孔包括第一弧面和第二弧面，该第二弧面比该第一弧面长度长，并且该第二弧面远离纤芯设置，将扇形空气孔中的相对于纤芯中心大致对称的两个空气孔豁开以与外界相通，并且在被豁开的两个空气孔的表面镀上TiO2薄膜。利用该LMR微结构光纤，不但薄膜材料便宜，而且灵敏度与精度较传统传感器大幅提高，同时，有利于镀膜和填充待测流体。

主权项：1.一种LMR微结构光纤，其包括：纤芯、包层以及位于包层中的空气孔，该LMR微结构光纤的特征在于，采用纤芯包层结构，所述空气孔至少为四个，将所述空气孔中的相对于纤芯中心大致对称的两个空气孔豁开以与外界相通，并且在被豁开的两个空气孔的表面镀TiO2薄膜；所述空气孔的横截面为扇形，扇形包括第一弧面和第二弧面，所述第二弧面比所述第一弧面长度长，并且所述第二弧面远离纤芯设置。

全文数据：一种LMR微结构光纤技术领域[0001]本发明涉及微结构光纤技术领域，具体而言，尤其涉及LMR微结构光纤。背景技术[0002]20世纪80年代，光纤作为一种优良的低损耗传输线开始进入人们的视线，而基于光纤作为波导的传感器也变得如火如荼。光纤传感器具有传统传感器所不可比的优点：具有抗磁干扰、电绝缘、防爆性能好、耐腐蚀、导光性能好、多参数测量、体积小、可嵌入等有点，容易组成传感网络，并接入因特网和无线网。[0003]然而采用普通光纤作为敏感元件的光纤传感器存在耦合损耗大、保偏特性差和存在交叉敏感问题等若干难以克服的缺点，限制了光纤传感器性能的进一步提高。目前，采用微结构光纤MicrostructureOpticalFiber，M0F制作传感器是传感器领域研究的一大热点，这类微结构光纤传感器有望解决上述普通光纤传感器存在的问题，并具有多维结构、调谐范围大、模场面积大、可实现多参数测量等一系列优良特性。[0004]基于光纤传感的损失模式共振LossyModeResonance，LMR效应作为一种近几年新提出的共振效应已被广泛应用于生命科学、医学、物理学、化学等领域。LMR效应表现在光谱上就是反射光强的响应曲线上有若干个衰减谷，这些衰减谷称为共振谷，各自对应的入射光波长为共振波长。当损失模式传播常数的实部和光波导的传播常数相等时，波导模式与损失模式将发生共振，呈现出衰减全反射现象，即反射率出现最小值。利用LMR共振波长对待测物折射率敏感的特性，LMR传感技术普遍应用于基于折射率变化的参数测量中。[0005]然而，现有的微结构传感结构由于空气孔太小（一般几微米），所以无论是镀膜还是填充分析物，都是比较困难的。而且，目前的基于传统原理检测的微结构光纤传感已较为成熟，很难在测量灵敏度和精度上有很大突破，所以构建一个结构简单新颖，具有高灵敏度的LMR微结构光纤传感结构具有很重要的意义。发明内容[0006]根据上述提出空气孔太小而导致难以镀膜或者填充分析物的技术问题，而提供一种LMR微结构光纤。本发明主要利用将空气孔中的相对于纤芯中心大致对称的两个空气孔豁开以与外界相通的方式，从而起到便于镀膜或者填充分析物的效果。[0007]本发明采用的技术手段如下：[0008]—种LMR微结构光纤，其包括:纤芯、包层以及位于包层中的空气孔，该LMR微结构光纤采用纤芯包层结构，所述空气孔至少为四个，将所述空气孔中的相对于纤芯中心大致对称的两个空气孔豁开以与外界相通，并且在被豁开的两个空气孔的表面镀膜。[0009]进一步地，镀膜材料为导电金属氧化物。[0010]进一步地，所述空气孔的横截面为扇形，所述扇形包括第一弧面和第二弧面，所述第二弧面比所述第一弧面长度长，并且所述第二弧面远离纤芯设置。[0011]进一步地，所述空气孔大小相同。[0012]较现有技术相比，本发明具有以下优点：[0013]1、本发明提供的LMR微结构光纤，通过利用LMR技术，使传感薄膜价格便宜、容易获取。[0014]2、LMR在p偏振光和s偏振光下均可发生共振，并且其灵敏度与精度较传统传感器大巾畐提尚。[0015]3、对称扇形微结构光纤结构相对于传统的微结构光纤结构来说，有利于待测微流体的填充，从而实现实时监测。[0016]4、对称扇形微结构光纤制作工艺相对简单且在对称扇形空气孔处镀膜比较容易。[0017]5、仅在两个相对的对称扇形空气孔中镀膜，仿真时大大降低软件的计算量，节省了仿真时间。[0018]综上，应用本发明的技术方案，解决了现有技术中的难以镀膜或者填充待测流体，并且镀膜材料昂贵的问题。[0019]基于上述理由，本发明可在微结构光纤等领域广泛推广。附图说明[0020]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0021]图1为本发明提供的对称扇形LMR微结构光纤的截面结构示意图。[0022]图2为本发明的待测溶液折射率nl=1.33时所对应的损耗光谱图。[0023]图3为本发明待测溶液折射率nl=1.33、n2=1.34时所对应的损耗光谱图。[0024]图4为现有技术的光纤的截面结构示意图。[0025]图中：I、TiO2薄膜;2、空气孔;3、纤芯。具体实施方式[0026]需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。[0027]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0028]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和或它们的组合。[0029]除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。[0030]在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制:方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。[0031]为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。[0032]此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。[0033]如图1所示，本发明提供了一种LMR微结构光纤，其包括:纤芯3、包层以及位于包层中的空气孔2，该LMR微结构光纤采用纤芯包层结构，纤芯3中心没有空气孔，六个扇形空气孔2大小相同且呈正六边形排列，孔内介质折射率为1，扇形空气孔2包括第一弧面和第二弧面，该第二弧面比该第一弧面长度长，并且该第二弧面远离纤芯3设置，将扇形空气孔2中的相对于纤芯3中心大致对称的两个空气孔豁开以与外界相通，并且在被豁开的两个空气孔的表面镀上TiO2薄膜。[0034]实施例1[0035]如图1所示，本发明提供了一种LMR微结构光纤，采用纤芯包层结构，纤芯外径直径为125um，材料为石英玻璃，纤芯中心没有空气孔，纤芯直径15um。包层中设有六个呈正六边形排列的大小相同的扇形空气孔，扇形空气孔的直径为l〇〇um，相邻扇形空气孔之间的距离为2um，其折射率为1，其中将相对于纤芯3中心大致对称的扇形空气孔豁开，使其与外界相通，因此，能够直接将光纤探头放入待测流体中进行填充，而且在纤芯中传导的光更容易透过薄膜与流体进行损失模式共振，从而使共振波谷更加明显，提高了传感器的精度。同时，在表面镀上TiO2薄膜，薄膜厚度为100nm，因此，能够实现LMR效应，与使用表面等离子体技术只能够在P偏振光下发生共振的情况相比，既能够在P偏振光下发生共振，又能够在S偏振光下发生共振。在该模型的对称扇形空气孔中装入待测样品，其样品折射率分别为nl=1·33、η2=1·34〇[0036]采用波长调制法，选取波长的范围为800nm-2000nm，利用基于全矢量有限元法FEM的COMSOLMultiphysics计算软件对上述所设计的实验模型进行数值仿真，在各向异性完美匹配层PML边界条件的配合下，求解模场的有效折射率，然后根据模场损耗公式计算出模场损耗，其中PCF芯导模式的损耗可以表示为：[0038]其中Nrff为计算模场的有效折射率，λ为入射波长。[0039]再利用Origin软件绘出光纤的在折射率nl=1.33处损耗光谱，如图2所示，可以看出光纤损耗谱具有两处损耗吸收峰，第一处损耗吸收峰位于〇.9μπι〜1.Ιμπι波段处，第二处吸收峰位于1.5μπι〜1.7μπι波段处。从图中可知，其共振波峰的损耗比较大，因此对应的共振波谷比较明显，大大提高的传感器的精度。[0040]同理，同时画出光纤再折射率nl=1.33和η2=1.34处的损耗光谱，如图3所示，可以看出，随着折射率的增加，两处波峰都发生了明显的偏移，其偏移方向为长波方向。同时其共振波峰更高，损耗更大。传感器的灵敏度可以表示为共振波峰的偏移Aλρ与待测样品折射率的改变Δna的比值，即[0042]在本实施例中，待测样品折射率从nl=1.33变为n2=1.34,波峰1从IOOOnm变为1025nm，由以上公式算出波峰1的灵敏度Sl=2500nmRIU，波峰2从1600nm变为1650nm，计算出其灵敏度S2=5000nmRIU，由此可知，波峰2的灵敏度为波峰1的两倍，因此，后续实验中可以主要拿波峰2进行仿真实验，将波峰1作为检验，以此来提高实验的准确性。假设探测器能够探测到强度1%的变化，则次传感器两个波峰的分辨率分别可以达到4XHT6RIU和2XIO-6RIU0[0043]图4为现有技术的光纤结构，采用纤芯包层结构，材料为聚乙烯，纤芯为实芯，包层中设有三层呈正六边形排列的椭圆形空气孔，其中第二层空气孔内表面镀有金膜。该传感器的灵敏度为500nmRIU。使用分辨率0.Olnm的高精度光谱仪，测得传感器的分辨率为2XIO-5RIUo[0044]由此可以看出，本发明的微结构光纤传感器比一般的传感器的灵敏度和分辨率更尚。[0045]最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

权利要求：1.一种LMR微结构光纤，其包括:纤芯、包层以及位于包层中的空气孔，该LMR微结构光纤的特征在于，采用纤芯包层结构，所述空气孔至少为四个，将所述空气孔中的相对于纤芯中心大致对称的两个空气孔豁开以与外界相通，并且在被豁开的两个空气孔的表面镀膜。2.根据权利要求1所述的LMR微结构光纤，其特征在于，镀膜材料为导电金属氧化物。3.根据权利要求1或2所述的LMR微结构光纤，其特征在于，所述空气孔的横截面为扇形，扇形包括第一弧面和第二弧面，所述第二弧面比所述第一弧面长度长，并且所述第二弧面远离纤芯设置。4.根据权利要求3所述的LMR微结构光纤，其特征在于，所述空气孔大小相同。

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