引用本文:

赵郝鑫,赵春柳,王海龙,等. 基于光栅结构的波长可控型海水折射率传感器[J]. 光通信技术,2021,45(5):32-35.

基于光栅结构的波长可控型海水折射率传感器

赵郝鑫,赵春柳*,王海龙,康 娟,金永兴

(中国计量大学 光学与电子科技学院,杭州 310018)

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摘要:光纤型表面等离子体共振(SPR)传感器波长通常处于可见光波段,为使该类器件工作在光通信窗口,提出一种基于光栅结构的波长可控型海水折射率传感器,传感器传感区域由镀有光栅结构的侧边抛磨光纤构成。研究了传感区域横截面的电场强度分布、光栅不同结构参数与SPR传感器波长的关系以及在海水折射率范围内随着折射率变化共振波长的变化趋势,最后分析了共振波长与折射率两者的关系,得出该传感器灵敏度为5650 nm/RIU,分辨率可达到1.77×10-6 RIU,可实现快速、高灵敏度的海水折射率测量。

关键词:海水折射率;表面等离子体;波长可控

中图分类号:TN929.12 文献标志码:文章编号:1002-5561(2021)05-0032-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.05.007

0 引言
       海洋的盐度测量有多种方法,如比重法、电导率法、微波遥感检测法和折射率测量法等。基于表面等离子体共振(SPR)传感器的折射率测量方法具有稳定性好、灵敏度高等优点。但一般的光纤型SPR传感器[1]的共振波长位于可见光波段,与光通信窗口不匹配,导致光通信产业成熟优良的器件无法应用到此类结构中。此外,该结构也难以与海洋内基于光纤光栅、法布里-珀罗等结构的其它光纤传感器共用光源,从而增大测量成本。
  本文基于SPR原理,提出一种基于光栅结构的波长调控型海水折射率传感器,通过优化光栅结构参数,使其在海洋盐度监测的低折射率测量环境下,仍然能够获得高的灵敏度和分辨率。

3 结束语
       本文提出了一种基于光栅结构的波长可控型海水折射率传感器。该传感器结构在常规通信波段可产生SPR效应;通过调节光栅结构的面型参数,能在海水折射率范围内调控共振波长至通信波段。该结构可通过调整单个或多个参数来调节共振波长位置,调控方法简单灵活。仿真结果表明:随着待测溶液折射率的增大,SPR波长向长波方向漂移;基于光栅结构的波长可控型海水折射率传感器灵敏度、分辨率分别为5650 nm/RIU、1.77×10-6 RIU,能对海水折射率实现快速、高灵敏度的测量。在未来的研究工作中,我们可以通过改变光纤种类或光栅材料来进一步提高传感器性能。