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原文传递 MOF膜层增敏微纳椭圆光纤气体传感器及制备方法

专利名称：	MOF膜层增敏微纳椭圆光纤气体传感器及制备方法
摘要：	本发明公开了一种MOF膜层增敏微纳椭圆光纤气体传感器及制备方法，该气体传感器包括沿光传输路径顺序连接的宽带激光源、光纤环形镜和光谱分析仪，其中光纤环形镜包括沿光传输路径顺序连接的3dB光纤耦合器、偏振控制器和具有MOF膜层的微纳椭圆光纤。具有MOF膜层的微纳椭圆光纤拥有椭圆状横截面，其最长轴不超过3微米，通过优化最长轴长度及椭圆截面长短轴之比的这两个具体参数，使得该微纳椭圆光纤具有趋近于零的群双折射，此外，还通过化学反应在该微纳椭圆光纤表面修饰上MOF膜层。本气体传感器具有灵敏度高、组成结构简单、传感区域小巧等优点，且MOF材料与微纳椭圆光纤的结合能使传感器响应灵敏度和特异识别性能提升。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	暨南大学
发明人：	孙立朋;袁梓豪;黄天晟;关柏鸥
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-10T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-20T00:00:00+0800
申请号：	CN201910494471.5
公开号：	CN110261321A
代理机构：	广州市华学知识产权代理有限公司
代理人：	陈燕娴
分类号：	G01N21/23(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	510632 广东省广州市天河区黄埔大道西601号
主权项：	1.一种基于具有MOF膜层的微纳椭圆光纤和Sagnac干涉仪构建的高灵敏度气体传感器，其特征在于，所述的气体传感器包括沿光传输路径顺序连接的宽带激光源、光纤环形镜和光谱分析仪，其中光纤环形镜包括沿光传输路径顺序连接的3dB光纤耦合器、偏振控制器和微纳椭圆光纤，所述的微纳椭圆光纤具有椭圆状的横截面，且表面修饰有MOF膜层，通过控制微纳椭圆光纤的最长轴长度及最长轴长度与最短轴长度的比值，使其展现出趋近于零的群双折射。 2.根据权利要求1所述的高灵敏度气体传感器，其特征在于，所述的微纳椭圆光纤包括由内而外设置的掺锗光纤纤芯、纯二氧化硅光纤包层和MOF膜层，所述的掺锗光纤纤芯为圆形结构并且位于纯二氧化硅光纤包层内部，所述的纯二氧化硅光纤包层为椭圆形结构，所述的MOF膜层位于纯二氧化硅光纤包层四周。 3.根据权利要求2所述的高灵敏度气体传感器，其特征在于，所述的纯二氧化硅光纤包层为椭圆形结构，其最长轴长度不超过3微米，且最长轴长度与最短轴长度比值为1.8-2。 4.根据权利要求1所述的高灵敏度气体传感器，其特征在于，所述的MOF膜层的厚度范围为10-100纳米。 5.根据权利要求1所述的高灵敏度气体传感器，其特征在于，所述的微纳椭圆光纤采用商用单模光纤经激光切割、熔融拉锥制备而成。 6.根据权利要求1所述的高灵敏度气体传感器，其特征在于，所述的MOF膜层利用化学反应修饰在微纳椭圆光纤表面。 7.一种基于具有MOF膜层的微纳椭圆光纤和Sagnac干涉仪构建的高灵敏度气体传感器的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤： S1、制备微纳椭圆光纤，将商用单模光纤的涂覆层剥去并用轴向旋转夹具固定于二氧化碳激光器的焦斑处，用二氧化碳激光器对其一侧扫描切割一段距离，然后利用旋转夹具将光纤旋转180度，对另一侧扫描切割同样一段距离； S2、连接光纤Sagnac干涉仪，将所述的微纳椭圆光纤与偏振控制器、3dB光纤耦合器依次相连形成Sagnac环路，将宽带激光源以及光谱分析仪分别接入3dB光纤耦合器； S3、拉制微纳椭圆光纤，将微纳椭圆光纤固定在光纤拉锥台上，利用火焰加热熔融拉锥方法拉制出微纳椭圆光纤； S4、MOF膜层修饰，制备MOF材料的混合溶液，将微纳椭圆光纤通过在混合溶液中反复浸润、干燥的方法，使MOF材料修饰在微纳椭圆光纤表面； S5、偏振控制器调整，通过调整偏振控制器，对输出光谱进行谐调，获得理想干涉光谱。 8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤S1中，通过控制二氧化碳激光器的功率，得到最长轴长度与最短轴长度比值为1.8-2之间的微纳椭圆光纤。 9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤S3中，在拉制过程中实时观察光谱分析仪上的光谱，当观察到在波长1550纳米附近出现群双折射趋近于零的现象时，结束微纳椭圆光纤拉制。
所属类别：	发明专利