基于Coaxial-Michelson模态干涉仪的光纤水浸传感器

文摘

光纤模态干涉仪coaxial-Michelson配置可以用来监控通过简单的水溶液浸几厘米的纤维。这些传感器的制造工作在850 nm允许使用紧凑,健壮的,低成本的光学频谱分析仪。使用这种类型的便携式传感器系统来监控污水处理厂。

1。介绍

由于长周期光栅(液化石油气)提出了传感器应用(1];你可以找到大量的出版物,液化石油气的温度和应变响应进行了研究。在这里,我们特别感兴趣的化学传感器应用程序(2),更具体地说水的折射率测量解决方案。使用一对匹配的液化石油气定义一个内联模式干涉仪coaxial-Mach-Zehnder配置(已被调查3)对温度和应变的测量(4)以及化学应用(5];这种干涉结构展览一个增强灵敏度的物理和化学性质周围的媒体。

目前,我们正在coaxial-Michelson配置特别感兴趣,一个液化石油气和一小部分纤维,以其正确裂解和涂有金属,定义一个紧凑的模态干涉仪。这种类型的干涉仪,首先,研究温度传感器,(6),后来refractometric应用已报告1400 - 1600 nm波长范围7,8]。多路复用的传感器使用low-coherence反射计一直还演示了(9]。在这个配置的特点,非常适合监测水使用便携式传感器系统的解决方案,我们可以指出干涉仪的健壮性和执行的测量可以很容易地浸渍纤维陷入液体。

我们的工作重点是制备LPG-based coaxial-Michelson干涉仪850纳米,而不是1400 - 1600波长范围,为了使紧凑和低成本的使用光学频谱分析仪中提取信息的传感器。这种方法允许简单的多路复用的几个传感器,如果它是必需的。除了校准传感器的响应,我们将演示的应用这种类型的传感器来监测污水处理厂。

2。传感器制造和实验安排

液化石油气是photoinscripted在hydrogen-loaded锗硅酸盐纤维使用连续波紫外激光器在244海里。光纤单模在850 nm,一步指数资料,0.15数值孔径,4m内径,125包层直径。使用逐点详述的写作技术提供了一个灵活的选择的包层模式的核心模式耦合,因为时间可以精确调整。几个液化石油气313 nm捏造的时期。图1 (c)显示了其中一个液化石油气的透射谱在空气中,也就是说,当纤维剥离和周围的空气。液化石油气的光谱监测在制造过程中,和共振的深处集中在820 nm和850 nm大约3分贝的调整控制光栅的长度(7.3毫米)。因此,大约50%的力量进入液化石油气耦合到包层模式和分别为820和850海里的共鸣,而其余的力量仍在纤维的基本核心模式。

一旦一个液化石油气是书面,纤维裂解在一定距离从液化石油气的结束(7厘米在我们的例子中)和前纤维表面涂上一层黄金通过蒸发真空室。通过这种方式,紧凑和健壮coaxial-Michelson干涉仪。图1(一)给出了一个原理图的实验安排和干涉仪的一个细节。定义的传感器头长7厘米干涉仪,加上液化石油气的长度,审讯是由一个紧凑的光学频谱分析仪(OSA)和超发光发光二极管(SLD);第二道防线的光谱是描绘在图1 (b)。是用于我们的实验的阻塞性睡眠呼吸暂停综合症是由海洋光学分辨率要求()和分辨率为80点,重量1公斤。

3所示。实验结果和讨论

图2(一个)给几个相对应的光谱范围内干涉条纹853 - 870纳米,而图2 (b)给出了边缘的细节集中在863.5海里。我们可以观察到在图2时产生的波长位移传感器头浸在水里的解决方案与不同浓度的葡萄糖(质量%)。传感器的光谱在空气中也包括在内。在这个例子中,血糖浓度相对较大。测量的转变,例如,干涉条纹集中在863.5海里,一个人可以校准传感器的响应。事实上,一个可以校准传感器响应的波长变化的边缘或在给定波长的强度变化。选择都是见图3记录的光谱图2。

葡萄糖溶液折射率的增加每单位质量% (8]。因此,波长变化如图2对应于折射率的增加。阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的光学分辨率将允许达到5%的检测极限,对应的折射率变化。类似的结果不同的传感器头准备,所有的长度。如果它是必要的,检出限可以明显改善涂料的纤维薄膜材料的折射率高于包层(10]。传感器头的长度可以增加,以增加检测极限。然而,任何小的温度变化可能急剧恶化的检测极限,因为,除了液化石油气和干涉仪本身的温度漂移,水是相对较高的热光系数( )。因此,使用参考解决方案,在与被测样品热平衡,可能必须确保测量的实际应用的可靠性。

这种类型的传感器头的一个有趣特性是不依赖于测量光束的传输解决方案。可以利用这个优势为多云开发化学传感器的解决方案,因为它是污水。为了说明这个应用程序,我们呈现在图4边缘的光谱集中在860.5 nm 4种不同的污水样品。这些样本被污水处理工厂的入口处在不同的时间在一天。这四个样品制作了750点的波长偏移对纯净水,对应的折射率的变化。四个样本过滤去除颗粒悬浮,再次测量。没有观察到重要的变化在传感器的分辨率。图的插图4给出了相同的光谱干涉条纹的四个样品水后去除悬浮颗粒。

4所示。结论

使用单模光纤在850 nm,紧凑和健壮coaxial-Michelson模态干涉仪已经准备使用一个长周期光栅作为等效3 dB分束器。传感器头的直接浸在水里的解决方案允许小折射率变化的测量,以及在850 nm,低成本、高灵敏度,和便携式光学频谱分析仪可用于查询传感器。这里描述的传感器系统可以用来监控污水处理厂,因为在悬浮粒子的存在不恶化传感器的响应。

确认

这项工作一直是财务支持的项目Mejoramiento del Profesorado Formacion y Fortalecimiento de Cuerpos Academicos的墨西哥(项目UASLP-CA-26)和Ministerio de Ciencia e Innovacion西班牙(项目tec2008 - 05490)。作者感谢萨尔瓦多·阿方索Lastras Guel和有益的合作。

引用

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