一种氧化石墨烯光纤湿度传感器

技术特征：
1.一种氧化石墨烯光纤湿度传感器，其特征在于：包括依次连接的入射光纤、分束器、调制臂、合束器和出射光纤；入射光纤用于输入光信号，分束器使得从入射光纤中进来的光信号经过分束器耦合到调制臂中，调制臂用于形成传输波导以筛选不同的光波传输模式，合束器使得从调制臂中进来的光信号经过合束器耦合到出射光纤中，出射光纤用于输出光信号，并将光信号传输到检测设备中。2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯光纤湿度传感器，其特征在于：所述入射光纤由单模光纤构成，入射光由单模光纤中的纤芯传输进来。3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯光纤湿度传感器，其特征在于：所述分束器结构与合束器结构相同，均包括被腐蚀的无芯光纤和氧化石墨烯薄膜，且氧化石墨烯薄膜均匀的涂覆在被腐蚀的无芯光纤表面。4.根据权利要求3所述的氧化石墨烯光纤湿度传感器，其特征在于：所述被腐蚀的无芯光纤是无芯光纤由氢氟酸溶液腐蚀处理得到。5.根据权利要求4所述的氧化石墨烯光纤湿度传感器，其特征在于：所述被腐蚀的无芯光纤是无芯光纤由氢氟酸溶液腐蚀处理得到，使得周围环境湿度的变化引起光纤倏逝波的改变，处理后的无芯光纤直径为80μm，长度为3mm。6.根据权利要求3所述的氧化石墨烯光纤湿度传感器，其特征在于：所述调制臂由细芯光纤构成，且包括第一调制臂和第二调制臂，以及第一调制臂由细芯光纤中的包层组成，第二调制臂由细芯光纤中的纤芯组成；第一调制臂与第二调制臂长度相等。7.根据权利要求1所述的氧化石墨烯光纤湿度传感器，其特征在于：所述出射光纤由单模光纤组成。8.根据权利要求1所述的氧化石墨烯光纤湿度传感器，其特征在于：所述调制臂长度为10mm。9.根据权利要求6所述的氧化石墨烯光纤湿度传感器，其特征在于：光信号经入射光纤中传输到分束器中，一部分耦合到第一调制臂，另一部分耦合到第二调制臂当中；在传输一段距离之后，由于第一调制臂与第二调制臂之间的传播常数不同，光波在两波导之间将发生相位延迟；最后，当两部分光经合束器到达出射光纤中时，干涉将发生在出射光纤的纤芯中；干涉输出谱的波谷波长的输出强度和相位差表示为：中；干涉输出谱的波谷波长的输出强度和相位差表示为：i
core
和i
cladding
分别是纤芯和包层中传输的光强度，i是输出强度；l是调制臂的长度，δn
eff
是调制臂的芯层和包层之间的有效折射率差；λ是光的波长；是相位差；从等式(1)中知道输出强度是i
core
、i
cladding
和δn
eff
的函数；此外，当δn
eff
变化时，透射谱波谷的波长也将发生偏移；通过无芯光纤表面的石墨烯感知外界湿度，从而引起i
core
和i
cladding
的变化，最终引起输出强度i的变化；通过测量i的大小，即可反推出环境湿度。10.根据权利要求3所述的氧化石墨烯光纤湿度传感器，其特征在于：氧化石墨烯薄膜的有效折射率对化学势μ
c
的变化敏感；电导率σ和氧化石墨烯的μ
c
之间的关系通过以下等式计算：
等式(3)中，e是电子的电荷，k
b
是玻尔兹曼常数，τ是环境温度，而h是普朗克常数，ω，γ分别代表传输光圆频率、散射率，j为虚单位；大量的电荷转移将不可避免地导致氧化石墨烯的电导率的变化，进而导致氧化石墨烯本身的有效折射率的变化；紧密附着在光纤表面上的氧化石墨烯和光纤看作是混合波导，因此，氧化石墨烯薄膜的有效折射率将随着吸收的水分子的增加而降低；导致无芯光纤有效折射率降低，影响无芯光纤中本征模式的激发，进而影响分光比导致透射光谱波谷强度的变化。

技术总结
本发明公开了一种氧化石墨烯光纤湿度传感器，包括依次连接的入射光纤、分束器、调制臂、合束器和出射光纤；入射光纤用于输入光信号，分束器使得从入射光纤中进来的光信号经过分束器耦合到调制臂中，调制臂用于形成传输波导以筛选不同的光波传输模式；合束器使得从调制臂中进来的光信号经过合束器耦合到出射光纤中；出射光纤用于输出光信号，并将光信号传输到检测设备中。本发明对组成分束器/合束器的无芯光纤进行去腐蚀处理，并在处理之后的无芯光纤表面涂覆氧化石墨烯薄膜，利用氧化石墨烯与周围环境相互作用，实现分束器/合束器的分光比的调制，达到传感的目的。达到传感的目的。达到传感的目的。


技术研发人员：蒙红云 张冠斌 谭春华 黄旭光
受保护的技术使用者：华南师范大学
技术研发日：2022.01.29
技术公布日：2022/6/10