微孔聚合物光纤液体折射率传感器

"基于飞秒激光微孔聚合物光纤的液体折射率传感器" 本文介绍了一种利用飞秒激光在阶跃折射率多模聚合物光纤上钻孔制成的液体折射率（RI）传感器。该传感器在折射率操作范围1.333至1.473内，对微孔中液体的折射率变化表现出良好的线性损耗响应，具有大约18 dB/RIU的高灵敏度。实验结果通过解析由孔-芯界面引起的折射损失模式和连接损耗原因来解释。 光学纤维传感器在环境监测、医疗诊断和其他生物化学检测技术等领域中受到广泛关注，因其具有抗电磁干扰、电气绝缘和耐腐蚀等优点。硅光纤传感器，如光纤布拉格光栅（FBG）、长周期光纤光栅（LPFG）、表面等离子体共振（SPR）传感器以及法布里-珀罗（F-P）或微孔光纤传感器，已广泛用于测量周围介质的折射率，并展示了高灵敏度。然而，这些传感器仍存在一些难以克服的问题。 例如，基于D形光纤的FBG传感器由于去除了光纤包层，导致其强度弱、耐用性差。LPFG传感器容易受到温度和机械应力的影响，导致稳定性不足。而SPR传感器通常需要复杂的光学设置。相比之下，本文提出的聚合物光纤微孔传感器提供了一种新的解决方案，其利用飞秒激光技术制造微孔，这既是一种精确的加工方法，又能保持光纤结构的完整性，从而提高了传感器的稳定性和耐用性。 飞秒激光微孔的形成过程是通过高能量脉冲在聚合物材料中产生“冷”加工，避免了热效应对光纤性能的损害。微孔的存在使得液体可以直接与光纤芯接触，当液体折射率改变时，会影响光纤中的光传播模式，进而引起光功率的损失。这种模式损失与液体的折射率直接相关，因此可以用来准确地监测液体的折射率变化。 在实际应用中，这种高灵敏度的液体折射率传感器可用于各种场景，如环境污染物检测、生物样品分析、药物浓度监测以及化学反应过程的实时监控。其优点在于能够实现连续、非侵入式的测量，且不受电磁干扰，适合远程监测。此外，聚合物材料的成本相对较低，使得这种传感器具有潜在的商业化价值。 基于飞秒激光微孔的聚合物光纤液体折射率传感器为光学传感技术提供了一个创新平台，它解决了传统传感器的一些缺点，同时提供了高灵敏度和稳定的性能，有望在多个领域中发挥重要作用。