一种基于光纤耦合的电场探测装置

技术领域

本发明涉及电场探测领域，具体涉及一种基于光纤耦合的电场探测装置。

背景技术

电场的测量不仅对导弹、航空器、火箭发射等军工意义重大，而且对城市环境污染、炼油厂、超净实验室、储油站等民用地面上容易引起静电和容易受静电及雷达危害的场所也有着广泛的应用。传统电场测量装置的灵敏度低，探索基于新原理的电场探测技术对提高电场测量的灵敏度具有重要意义。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种基于光纤耦合的电场探测装置，包括基底层、加热部、第一光纤、第二光纤、第一施力部、第二施力部、有机共轭聚合物材料，基底层的表面设有凹坑，加热部置于凹坑内，第一光纤和第二光纤置于加热部和基底层上，第一光纤和第二光纤在同一直线上，第一光纤的端部和第二光纤的端面之间设有间隙，间隙置于加热部上，有机共轭聚合物材料填充间隙，第一施力部和第二施力部分别固定在第一光纤和所述第二光纤上。

更进一步地，有机共轭聚合物材料为聚3-己基噻吩。

更进一步地，间隙的宽度小于2微米。

更进一步地，第一光纤和第二光纤为单模光纤。

更进一步地，还包括贵金属颗粒，贵金属颗粒设置在间隙内的有机共轭聚合物材料内。

更进一步地，贵金属颗粒的个数为多个。

更进一步地，贵金属颗粒的材料为金或银。

更进一步地，贵金属颗粒的直径大于20纳米、小于80纳米。

更进一步地，包括固定层，固定层覆盖间隙。

更进一步地，固定层的材料为有机共轭聚合物材料。

本发明的有益效果：本发明提供了一种基于光纤耦合的电场探测装置，包括基底层、加热部、第一光纤、第二光纤、第一施力部、第二施力部、有机共轭聚合物材料，基底层的表面设有凹坑，加热部置于凹坑内，第一光纤和第二光纤置于加热部和基底层上，第一光纤和第二光纤在同一直线上，第一光纤的端部和第二光纤的端面之间设有间隙，间隙置于加热部上，有机共轭聚合物材料填充间隙，第一施力部和第二施力部分别固定在第一光纤和所述第二光纤上。应用时，首先在无电场的空间，在第一施力部和第二施力部之间施加固定的压力，测量间隙的透射特性，此时加热部为常温；然后，将本发明置于待测电场空间内，同时应用加热部加热有机共轭聚合物材料，加热持续一段时间后，冷却有机共轭聚合物材料，保持第一施力部和第二施力部之间的压力不变，重新测量间隙的透射特性。根据前后间隙透射特性的变化，确定待测电场。在此过程中，待测电场改变了有机共轭聚合物材料分子链的方向，不仅改变了间隙内的介电环境，而且改变了间隙的宽度，从而更多地改变了间隙的透射特性。因此，本发明具有电场探测灵敏度高的优点。另外，本发明中，有机共轭聚合物材料的用量少，加热快和冷却快，具有探测速度高的优点。

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是一种基于光纤耦合的电场探测装置的示意图。

图2是又一种基于光纤耦合的电场探测装置的示意图。

图中：1、基底层；2、加热部；3、第一光纤；4、第二光纤；5、间隙；6、第一施力部；7、第二施力部；8、贵金属颗粒。

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耦合的电场探测装置，如图1所示，包括基底层1、加热部2、第一光纤3、第二光纤4、第一施力部6、第二施力部7、有机共轭聚合物材料。基底层1的表面设有凹坑，加热部2置于凹坑内。基底层1的材料为绝热材料，用以隔绝加热部2产生的热。加热部2可以通过连接其他高温物体的方法产生高温，也可以通过电阻产生热来产生高温，在此不做具体限制。第一光纤3和第二光纤4置于加热部2和基底层1上。第一光纤3和第二光纤4为单模光纤。第一光纤3的端部和第二光纤4的端面之间设有间隙5，间隙5置于加热部2上。间隙5的宽度小于2微米，以增强第一光纤3和第二光纤4之间的耦合，并保证间隙5的宽度对耦合特性的敏感性。有机共轭聚合物材料填充间隙5。有机共轭聚合物材料为聚3-己基噻吩。加热时，聚3-己基噻吩的微观形貌更容易被待测电场调控。第一施力部6和第二施力部7分别固定在第一光纤3和第二光纤4上。具体地，第一施力部6环绕地固定在第一光纤3上，第二施力部7环绕地固定在第二光纤4，用以针对有机共轭聚合物材料施加压力。第一光纤3和第二光纤4在同一直线上。这样一来，通过第一施力部6和第二施力部7施加压力时，间隙5的宽度减小更多，从而更多地改变间隙5的透射特性，从而实现更高灵敏度的电场探测。

应用时，首先在无电场的空间，在第一施力部6和第二施力部7之间施加固定的压力，测量间隙5的透射特性，此时加热部2为常温；具体地，将连续谱激光耦合进入第一光纤3一端，激光传播到第一光纤3的另一端，并且耦合进入第二光纤4的一端，在第二光纤4的另一端测量透射光谱，从而确定间隙5的透射特性；然后，将本发明置于待测电场空间内，同时应用加热部2加热有机共轭聚合物材料，加热持续一段时间后，冷却有机共轭聚合物材料，保持第一施力部6和第二施力部7之间的压力不变，重新测量间隙5的透射特性。根据前后间隙5透射特性的变化，确定待测电场。加热的温度大于130摄氏度，持续的时间大于30分钟，以便于有机共轭聚合物材料的微观结构充分改变。在此过程中，待测电场改变了有机共轭聚合物材料分子链的方向，不仅改变了间隙5内的介电环境，而且改变了间隙5的宽度，从而更多地改变了间隙5的透射特性。因此，本发明具有电场探测灵敏度高的优点。另外，本发明中，有机共轭聚合物材料的用量少，加热快和冷却快，具有探测速度高的优点。

实施例2

在实施例1的基础上，如图2所示，还包括贵金属颗粒8，贵金属颗粒8设置在间隙5内的有机共轭聚合物材料内。在激光照射下，贵金属颗粒8产生局域表面等离激元共振。当间隙5内的有机共轭聚合物材料的分子链方向改变时，贵金属颗粒8附近的介电环境随之改变，从而改变了贵金属颗粒8的局域表面等离激元共振波长，根据该共振波长的变化确定待测电场。因为贵金属颗粒8的局域表面等离激元共振波长对其周围环境的介电环境非常敏感，所以本实施例具有电场探测灵敏度高的优点。贵金属颗粒8的材料为金或银。贵金属颗粒8的直径大于20纳米、小于80纳米，以便于表面等离激元共振波长在可见光波段，便于探测器探测。贵金属颗粒8的个数为多个。这样一来，当间隙5的宽度变化时，贵金属颗粒8间的距离随之变化，从而改变了贵金属颗粒8的局域表面等离激元共振波长，根据该共振波长的变化确定待测电场。因为贵金属颗粒8的局域表面等离激元共振波长还严重地依赖于相邻贵金属颗粒8之间的距离，所以设置多个贵金属颗粒8有助于更进一步地提高电场探测的灵敏度。

实施例3

在实施例2的基础上，还包括固定层，固定层覆盖间隙5。固定层的材料为有机共轭聚合物材料。也就是说，固定层还包覆了间隙5，从而将间隙5内的电场更好地局限在间隙5周围，当间隙5的宽度变化时，间隙5的透射系数变化更多，从而提高电场探测的灵敏度。另外，间隙5内的电场被有机共轭聚合物材料包覆和聚集，外部环境对间隙5透射特性的影响小，从而提高了电场探测的准确度。

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。