阅读说明：本技术 一种基于光纤头部探测的光纤探测器 (Optical fiber detector based on optical fiber head detection ) 是由 不公告发明人 于 2019-11-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于光纤头部探测的光纤探测器,该光纤探测器包括光源、光接收器、分束器、光纤、传感部,光源发出光,经光纤传输到传感部,传感部将光经光纤反射回光接收器,通过检测光接收器所接收到的光信号,以探测传感部周围的环境,传感部包括第一腔体和设置于第一腔体表面的贵金属颗粒,第一腔体为二氧化硅材料,第一腔体与纤芯融化连接。这样一来,会有更多的能量与贵金属颗粒发生作用,当贵金属颗粒周围的环境发生变化时,光接收器探测到的光强度变化大,易于探测。使用时,将第一腔体插入待检测环境即可,设备简单,使用方便。(The invention relates to an optical fiber detector based on optical fiber head detection, which comprises a light source, an optical receiver, a beam splitter, an optical fiber and a sensing part, wherein light is emitted by the light source and transmitted to the sensing part through the optical fiber, the sensing part reflects the light back to the optical receiver through the optical fiber, and detects the surrounding environment of the sensing part by detecting the optical signal received by the optical receiver, the sensing part comprises a first cavity and noble metal particles arranged on the surface of the first cavity, the first cavity is made of silicon dioxide material, and the first cavity is connected with a fiber core in a melting way. Therefore, more energy is reacted with the noble metal particles, and when the environment around the noble metal particles changes, the light intensity detected by the light receiver changes greatly, so that the noble metal particles are easy to detect. During the use, with first cavity insert wait detect the environment can, equipment is simple, convenient to use.)

一种基于光纤头部探测的光纤探测器

技术领域

本发明涉及光纤探测领域，具体涉及一种基于光纤头部探测的光纤探测器。

背景技术

环境探测，例如周围环境的折射率探测或流体的浓度探测，涉及到国民经济的各个方面。基于光纤的探测器具有尺寸小、不受外界磁场影响等优点。近年来，技术人员研发了基于光纤和表面等离激元共振原理的光纤探测器。一般，贵金属颗粒被置于光纤纤芯外侧，当贵金属颗粒周围的环境发生变化时，光纤的透射系数发生变化。通过探测透射系数的变化，探测贵金属颗粒周围环境的变化。由于光源和探测器被设置于光纤的两端，设备复杂；贵金属颗粒与光纤中的光的耦合强度低，当贵金属颗粒周围的环境发生变化时，透射系数变化不明显。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种基于光纤头部探测的光纤探测器，该光纤探测器包括光源、光接收器、分束器、光纤、传感部，光源、光接收器、光纤的一端均与分束器连接，光纤的另一端与传感部连接，光源发出光，经分束器和光纤传输到传感部，传感部将光经光纤和分束器反射回光接收器，通过检测光接收器所接收到的光信号，以探测传感部周围的环境，其特征在于，传感部包括第一腔体和设置于第一腔体表面的贵金属颗粒，第一腔体为二氧化硅材料，第一腔体与纤芯融化连接。

光源、光接收器、光纤、传感部，光源发出光，经光纤传输到传感部，传感部将光经光纤反射回光接收器，通过检测光接收器所接收到的光信号，以探测传感部周围的环境，传感部包括第一腔体和设置于第一腔体表面的贵金属颗粒，第一腔体为二氧化硅材料，第一腔体与纤芯融化连接。

更进一步地，在第一腔体的侧面还设有第二腔体。

更进一步地，第二腔体为二氧化硅材料。

更进一步地，第二腔体沿光纤延长线非对称分布。

更进一步地，第一腔体和所述第二腔体为球形。

更进一步地，第二腔体的尺寸小于第一腔体的尺寸。

更进一步地，第一腔体为球形，第二腔体为矩形。

更进一步地，贵金属材料为金或银。

本发明的有益效果：本发明提供了一种基于光纤头部探测的光纤探测器，在纤芯头部设置第一腔体，第一腔体作为谐振腔，聚集了大量的能量；在第一腔体的表面设置有贵金属颗粒。这样一来，会有更多的能量与贵金属颗粒发生作用，当贵金属颗粒周围的环境发生变化时，贵金属颗粒与光的耦合情况发生对应的改变更大，光接收器探测到的光强度变化大，易于探测。使用时，将第一腔体***待检测环境即可，设备简单，使用方便。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是基于光纤头部探测的光纤探测器传感部的示意图一。

图2是基于光纤头部探测的光纤探测器传感部的示意图二。

图3是基于光纤头部探测的光纤探测器传感部的示意图三。

图中：1、纤芯；2、第一腔体；3、贵金属颗粒；4、第二腔体。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

本发明提供了一种基于光纤头部探测器的光纤探测器，该光纤探测器包括光源、光接收器、分束器、光纤、传感部，光源、光接收器、光纤的一端均与分束器连接，光纤的另一端与传感部连接。光源输出连续波长的光，该光经分束器和光纤传输到传感部，传感部将光反射，反射回的光沿光纤和分束器传输到光接收器，光接收器判断反射回的不同波长光的强度。此处应用分束光纤，当然，也可以采用其他分束装置，在此不再累述。当传感部周围的环境发生变化时，光接收器探测到的光谱不同，根据反射光的光谱特征，判断传感部周围环境变化，从而实现光纤探测的目的。因为光纤中的光将绝大部分进入传感部，当传感部周围环境的折射率发生变化时，光接收器接收到的光谱变化大，易于探测。

如图1所示，传感部包括第一腔体2和设置于第一腔体2表面的贵金属颗粒3，第一腔体2的材料为二氧化硅材料，第一腔体2与光纤的纤芯1连接。在连接时，纤芯1与第一腔体2通过融化连接。纤芯1与第一腔体2的材料相同，减少了反射，使得更多的能量聚集到第一腔体2内。贵金属颗粒3的材料为金或者银。使用时，聚集到第一腔体2中的能量将耦合到贵金属颗粒3上，使得贵金属颗粒3产生表面等离激元共振。由于表面等离激元共振强烈地依赖于贵金属颗粒3周围的环境，也就是周围环境的折射率。因此，该传感部的设计更有利于提高探测灵敏度。在使用时，光会在第一腔体2发生共振，对光接收器接收到的信号来说，在光谱中形成峰值。而对于贵金属颗粒3上的表面等离激元共振来说，光接收器接收到的光谱中将形成谷值。在应用时，可以通过调节贵金属颗粒3的尺寸，调控两共振效应，形成法诺共振效果，从而实现更高灵敏度的探测。

在设计时，第一腔体2可以被设计成球形，也可以被设计成类球形。类球形是指第一腔体2类似于球形，但是在融化的连接的时候，故意压扁些，目的在于破坏光在第一腔体2共振时的电场分布，当电场分布对于纤芯1非对称分布时，反射回光接收器光的光谱出现法诺共振特性。由于法诺共振对结构周围的环境更加敏感，所以类球形设计的第一腔体2更有利于提高探测灵敏度。

实施例2

在实施例1的基础上，如图2所示，在第一腔体2的侧面还设有第二腔体4，在第一腔体2和第二腔体4的侧面都设有贵金属颗粒3。第二腔体4的材料也为二氧化硅材料。第一腔体2和第二腔体4均为球形，并且第二腔体4的尺寸小于第一腔体2的尺寸。这样一来，当在第一腔体2和第二腔体4中形成相近波长的共振时，在第一腔体2中形成共振的阶数高于在第二腔体4中形成共振的阶数。例如，在第一腔体2中形成四偶极子共振，在第二腔体4中形成偶极子共振。因为，一般来说，高阶振动的强度比低阶振动的强度弱，所以，这样的尺寸设计有利于让第二腔体4中的共振对第一腔体2中的振动造成更大的破坏。此外，这样的设计中，第二腔体4的重量小于第一腔体2的重量，增加了结构的稳定性。

第一腔体2和第二腔体4可以沿纤芯1延长线对称分布。这样一来，在第一腔体2中的光会进入第二腔体4，对于某些波长的光，会在第二腔体4内形成共振，使其吸收更多的能量。对于光接收器接收到的反射光来说，第一腔体2和第二腔体4的效果不同，第二腔体4使得光接收器接收到的光谱中出现两共振的非对称叠加。这种叠加效果，强烈地依赖于两共振，也就是第一腔体2和第二腔体4中的共振，所以该设计有利于提高探测灵敏度。

此外，如图3所示，第二腔体4还可以设置在沿纤芯1延长线的非对称位置，这样第二腔体4更容易破坏第一腔体2内的对称性电场分布。将第二腔体4融化连接在第一腔体1的侧面、纤芯1方向的非对称位置是非常容易的，但是，实现了破坏对称性的有益效果。

此外，第二腔体4还可以为矩形、方形、月牙形等形状。对于这些形状，球形的第一腔体2与第二腔体4间形成更多的缝隙，电荷更多地聚集在这些缝隙周围，形成强电场区域。当这些区域周围的环境发生变化时，反射回光接收器的光发生更剧烈的变化，这有利于提高探测灵敏度。当然，矩形、方形、月牙形的第二腔体4也可以非对称地分布在纤芯延长线两侧，用以更严重地破坏第一腔体2中的电场分布，这些效果与上文类似，在此不再累述。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。