光纤法珀折射率传感器及其制造方法
专利名称：光纤法珀折射率传感器及其制造方法
技术领域：
本发明属于光纤传感技术领域，特别是涉及一种光纤法珀(FP)折射率传感器及其制造方法。
背景技术：
随着社会与科学技术的发展，对环境的监测越来越重要，尤其是危险气体或液体的监测。传统的电导传感器以及基于MEMS的微纳传感器都是基于电参数测量的原理，在耐恶劣环境能力方面还存在诸多问题，特别是难以在高温(60(TC以上)、低温(-6(TC以下)、强电磁干扰、易燃易爆环境等恶劣条件下工作，从而限制了其在许多重要领域的特殊应用。
折射率是反映物体光学性质的重要参数，通过测量透明液体或气体的折射率，可以测定其浓度，实现对其的监测。因此，折射率传感成为液体和气体传感的一种重要手段。基于光纤的折射率传感器不仅具有灵敏度高、响应速度快、动态范围大、防电磁干扰、防燃防爆、不易中毒等特点，而且能实现远距离数据采集及监控，已逐渐成为新一代传感器技术的主流发展方向之一。同时，由于生物、医学、能源、环境、航天航空、军事等领域的快速发展，对传感器的微型化、轻量化、低能耗、耐恶劣环境能力等提出了非常迫切的要求，微纳传感器已成为国际上的重大科技前沿热点之一。
激光微加工技术的迅猛发展为研究新一代微纳光纤传感器件提供了新的技术手段，因此如何应用激光等现代微纳米加工技术在光纤上实现各种微纳功能性传感器件是未来光纤传感器发展的重要趋势，也是传感器领域中的一个十分前沿、重大的科学课题。在此基础之上，应运而生的是光纤法珀折射率传感器。
在折射率传感领域，人们目前常采用光纤光栅折射率传感的方法。但是由于其较大的交叉敏感性，使得测量结果的处理变得复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种机械稳定性好、耐高温和光学性能好的光纤法珀折射率传感器。
本发明还要提供一种上述光纤法珀折射率传感器的制造方法，可以批量化、高成品率和高重复率的进行制造。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是光纤法珀折射率传感器，包括光纤和被接光纤，所述光纤和被接光纤连接在一起，并形成FP腔，在所述光纤的外端面有微孔，所述微孔 与所述FP腔相通。
进一步的，所述FP腔是所述光纤端面的微槽。
进一步的，所述FP腔是连接的一段空心光纤的空心。
进一步的，所述FP腔和微孔是圆柱形、长方体形或立方体形。
进一步的，所述微孔的横截面积小于FP腔的横截面积。
进一步的，所述FP腔的光学反射面上镀有高反射膜。
光纤法珀折射率传感器的制造方法，该方法包括以下步骤
1) 将光纤与空心光纤对接，或直接在光纤端面加工微槽，
2) 在空心光纤或微槽的端面再对接被接光纤，形成FP腔，
3) 将光纤或被接光纤切掉一部分，使被切端面形成外端面，
4) 在外端面上打微孔，所述微孔与FP腔相通。 进一步的，步骤3)所述外端面与FP腔的距离小于100微米。 进一步的，所述FP腔的光学反射面上镀有高反射膜。
本发明的有益效果是本发明的光纤法珀折射率传感器具有机械稳定性好、耐高温、光 学性能优良、生产效率高等优点，可实现规模化批量制造。此外，作为一种折射率传感器， 本发明安全、小巧、灵敏、精确，特别适合于气体和液体折射率传感。
图l是本发明实施例l的步骤l的剖视图。 图2是本发明实施例1的步骤2的剖视图。 图3是本发明实施例1的步骤3的剖视图。 图4是本发明实施例1的步骤4的剖视图。 图5是本发明实施例2的步骤1的剖视图。 图6是本发明实施例2的步骤2的剖视图。 图7是本发明实施例2的步骤3的剖视图。 图8是本发明实施例2的步骤4的剖视图。
具体实施例方式
本发明的光纤l、被接光纤2和空心光纤5是采用石英、聚合物、宝石或光子晶体材料制 成的单模或多模光纤；本发明所述加工是采用紫外激光加工、飞秒激光加工、红外激光加工 或电子束刻蚀；本发明所述对接是采用激光熔接、电弧熔接、镀膜对接或粘接；本发明所述切掉是采用激光、超声波、切割刀或研磨方法切掉；本发明所述打微孔是采用紫外(157nm等)、飞秒激光等打孔。本发明的光纤由包层和纤芯构成，所述FP腔的横截面可大于、等于或小于光纤的纤芯的横截面。实施例l:
1) 在光纤1的端面上用激光加工一个圆柱形微槽3，如图1所示，
2) 在微槽3外熔接一段被接光纤2，微槽3形成FP腔，如图2所示，
3) 将光纤l切掉一部分，使被切端面形成光纤法珀折射率传感器的外端面，如图3所示
4) 在外端面上打一微孔4，所述微孔4与FP腔相通，就制成本发明的光纤法珀折射率传感器，如图4所示。
实施例2:
1) 在光纤1的端面镀高反射膜6后，与空心光纤5熔接，形成微槽3，如图5所示，
2) 在被接光纤2的端面镀高反射膜6，与空心光纤5熔接，形成镀高反射膜6的FP腔，如图6所示，
3) 将光纤l切掉一部分，使被切端面形成光纤法珀折射率传感器的外端面，如图7所示
4) 在外端面上打一微孔4，所述微孔4与FP腔相通，就制成本发明的光纤法珀折射率传感器，如图8所示。
权利要求
权利要求1光纤法珀折射率传感器，包括光纤(1)和被接光纤(2)，其特征在于所述光纤(1)和被接光纤(2)连接在一起，并形成FP腔，在所述光纤(1)的外端面有微孔(4)，所述微孔(4)与所述FP腔相通。
2.如权利要求l所述的光纤法珀折射率传感器，其特征在于所述FP 腔是所述光纤(1)端面的微槽(3)。
3.如权利要求l所述的光纤法珀折射率传感器，其特征在于所述 FP腔是连接的一段空心光纤(5)的空心。
4.如权利要求l所述的光纤法珀折射率传感器，其特征在于所述FP 腔和微孔(4)是圆柱形、长方体形或立方体形。
5.如权利要求l所述的光纤法珀折射率传感器，其特征在于所述微 孔(4)的横截面积小于FP腔的横截面积。
6.如权利要求l所述的光纤法珀折射率传感器，其特征在于所述FP 腔的光学反射面上镀有高反射膜(6)。
7.光纤法珀折射率传感器的制造方法，其特征在于该方法包括以下步骤1) 将光纤(1)与空心光纤(5)对接，或直接在光纤(1)端面加工微槽(3)，2) 在空心光纤(5)或微槽(3)的端面再对接被接光纤(2)，形成FP腔，3) 将光纤(1)或被接光纤(2)切掉一部分，使被切端面形成外端面，4) 在外端面上打微孔(4)，所述微孔(4)与FP腔相通。
8.如权利要求7所述的光纤法珀折射率传感器的制造方法，其特征在 于步骤3)所述外端面与FP腔的距离小于100微米。
9.如权利要求7所述的光纤法珀折射率传感器的制造方法，其特征在 于所述FP腔的光学反射面上镀有高反射膜(6)。
全文摘要
本发明提供一种机械稳定性好、耐高温和光学性能好的光纤法珀折射率传感器及其制造方法，可以批量化、高成品率和高重复率的进行制造。光纤法珀折射率传感器，包括光纤和被接光纤，所述光纤和被接光纤连接在一起，并形成FP腔，在所述光纤的外端面有微孔，所述微孔与所述FP腔相通。本发明的光纤法珀折射率传感器具有机械稳定性好、耐高温、光学性能优良、生产效率高等优点，可实现规模化批量制造。此外，作为一种折射率传感器，本发明安全、小巧、灵敏、精确，特别适合于气体和液体折射率传感。
文档编号G01N21/41GK101464408SQ20091030020
公开日2009年6月24日 申请日期2009年1月15日 优先权日2009年1月15日
发明者冉曾令, 健 张, 宇 郭, 饶云江 申请人:电子科技大学
技术领域：
本发明属于光纤传感技术领域，特别是涉及一种光纤法珀(FP)折射率传感器及其制造方法。
背景技术：
随着社会与科学技术的发展，对环境的监测越来越重要，尤其是危险气体或液体的监测。传统的电导传感器以及基于MEMS的微纳传感器都是基于电参数测量的原理，在耐恶劣环境能力方面还存在诸多问题，特别是难以在高温(60(TC以上)、低温(-6(TC以下)、强电磁干扰、易燃易爆环境等恶劣条件下工作，从而限制了其在许多重要领域的特殊应用。
折射率是反映物体光学性质的重要参数，通过测量透明液体或气体的折射率，可以测定其浓度，实现对其的监测。因此，折射率传感成为液体和气体传感的一种重要手段。基于光纤的折射率传感器不仅具有灵敏度高、响应速度快、动态范围大、防电磁干扰、防燃防爆、不易中毒等特点，而且能实现远距离数据采集及监控，已逐渐成为新一代传感器技术的主流发展方向之一。同时，由于生物、医学、能源、环境、航天航空、军事等领域的快速发展，对传感器的微型化、轻量化、低能耗、耐恶劣环境能力等提出了非常迫切的要求，微纳传感器已成为国际上的重大科技前沿热点之一。
激光微加工技术的迅猛发展为研究新一代微纳光纤传感器件提供了新的技术手段，因此如何应用激光等现代微纳米加工技术在光纤上实现各种微纳功能性传感器件是未来光纤传感器发展的重要趋势，也是传感器领域中的一个十分前沿、重大的科学课题。在此基础之上，应运而生的是光纤法珀折射率传感器。
在折射率传感领域，人们目前常采用光纤光栅折射率传感的方法。但是由于其较大的交叉敏感性，使得测量结果的处理变得复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种机械稳定性好、耐高温和光学性能好的光纤法珀折射率传感器。
本发明还要提供一种上述光纤法珀折射率传感器的制造方法，可以批量化、高成品率和高重复率的进行制造。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是光纤法珀折射率传感器，包括光纤和被接光纤，所述光纤和被接光纤连接在一起，并形成FP腔，在所述光纤的外端面有微孔，所述微孔 与所述FP腔相通。
进一步的，所述FP腔是所述光纤端面的微槽。
进一步的，所述FP腔是连接的一段空心光纤的空心。
进一步的，所述FP腔和微孔是圆柱形、长方体形或立方体形。
进一步的，所述微孔的横截面积小于FP腔的横截面积。
进一步的，所述FP腔的光学反射面上镀有高反射膜。
光纤法珀折射率传感器的制造方法，该方法包括以下步骤
1) 将光纤与空心光纤对接，或直接在光纤端面加工微槽，
2) 在空心光纤或微槽的端面再对接被接光纤，形成FP腔，
3) 将光纤或被接光纤切掉一部分，使被切端面形成外端面，
4) 在外端面上打微孔，所述微孔与FP腔相通。 进一步的，步骤3)所述外端面与FP腔的距离小于100微米。 进一步的，所述FP腔的光学反射面上镀有高反射膜。
本发明的有益效果是本发明的光纤法珀折射率传感器具有机械稳定性好、耐高温、光 学性能优良、生产效率高等优点，可实现规模化批量制造。此外，作为一种折射率传感器， 本发明安全、小巧、灵敏、精确，特别适合于气体和液体折射率传感。
图l是本发明实施例l的步骤l的剖视图。 图2是本发明实施例1的步骤2的剖视图。 图3是本发明实施例1的步骤3的剖视图。 图4是本发明实施例1的步骤4的剖视图。 图5是本发明实施例2的步骤1的剖视图。 图6是本发明实施例2的步骤2的剖视图。 图7是本发明实施例2的步骤3的剖视图。 图8是本发明实施例2的步骤4的剖视图。
具体实施例方式
本发明的光纤l、被接光纤2和空心光纤5是采用石英、聚合物、宝石或光子晶体材料制 成的单模或多模光纤；本发明所述加工是采用紫外激光加工、飞秒激光加工、红外激光加工 或电子束刻蚀；本发明所述对接是采用激光熔接、电弧熔接、镀膜对接或粘接；本发明所述切掉是采用激光、超声波、切割刀或研磨方法切掉；本发明所述打微孔是采用紫外(157nm等)、飞秒激光等打孔。本发明的光纤由包层和纤芯构成，所述FP腔的横截面可大于、等于或小于光纤的纤芯的横截面。实施例l:
1) 在光纤1的端面上用激光加工一个圆柱形微槽3，如图1所示，
2) 在微槽3外熔接一段被接光纤2，微槽3形成FP腔，如图2所示，
3) 将光纤l切掉一部分，使被切端面形成光纤法珀折射率传感器的外端面，如图3所示
4) 在外端面上打一微孔4，所述微孔4与FP腔相通，就制成本发明的光纤法珀折射率传感器，如图4所示。
实施例2:
1) 在光纤1的端面镀高反射膜6后，与空心光纤5熔接，形成微槽3，如图5所示，
2) 在被接光纤2的端面镀高反射膜6，与空心光纤5熔接，形成镀高反射膜6的FP腔，如图6所示，
3) 将光纤l切掉一部分，使被切端面形成光纤法珀折射率传感器的外端面，如图7所示
4) 在外端面上打一微孔4，所述微孔4与FP腔相通，就制成本发明的光纤法珀折射率传感器，如图8所示。
权利要求
权利要求1光纤法珀折射率传感器，包括光纤(1)和被接光纤(2)，其特征在于所述光纤(1)和被接光纤(2)连接在一起，并形成FP腔，在所述光纤(1)的外端面有微孔(4)，所述微孔(4)与所述FP腔相通。
2.如权利要求l所述的光纤法珀折射率传感器，其特征在于所述FP 腔是所述光纤(1)端面的微槽(3)。
3.如权利要求l所述的光纤法珀折射率传感器，其特征在于所述 FP腔是连接的一段空心光纤(5)的空心。
4.如权利要求l所述的光纤法珀折射率传感器，其特征在于所述FP 腔和微孔(4)是圆柱形、长方体形或立方体形。
5.如权利要求l所述的光纤法珀折射率传感器，其特征在于所述微 孔(4)的横截面积小于FP腔的横截面积。
6.如权利要求l所述的光纤法珀折射率传感器，其特征在于所述FP 腔的光学反射面上镀有高反射膜(6)。
7.光纤法珀折射率传感器的制造方法，其特征在于该方法包括以下步骤1) 将光纤(1)与空心光纤(5)对接，或直接在光纤(1)端面加工微槽(3)，2) 在空心光纤(5)或微槽(3)的端面再对接被接光纤(2)，形成FP腔，3) 将光纤(1)或被接光纤(2)切掉一部分，使被切端面形成外端面，4) 在外端面上打微孔(4)，所述微孔(4)与FP腔相通。
8.如权利要求7所述的光纤法珀折射率传感器的制造方法，其特征在 于步骤3)所述外端面与FP腔的距离小于100微米。
9.如权利要求7所述的光纤法珀折射率传感器的制造方法，其特征在 于所述FP腔的光学反射面上镀有高反射膜(6)。
全文摘要
本发明提供一种机械稳定性好、耐高温和光学性能好的光纤法珀折射率传感器及其制造方法，可以批量化、高成品率和高重复率的进行制造。光纤法珀折射率传感器，包括光纤和被接光纤，所述光纤和被接光纤连接在一起，并形成FP腔，在所述光纤的外端面有微孔，所述微孔与所述FP腔相通。本发明的光纤法珀折射率传感器具有机械稳定性好、耐高温、光学性能优良、生产效率高等优点，可实现规模化批量制造。此外，作为一种折射率传感器，本发明安全、小巧、灵敏、精确，特别适合于气体和液体折射率传感。
文档编号G01N21/41GK101464408SQ20091030020
公开日2009年6月24日 申请日期2009年1月15日 优先权日2009年1月15日
发明者冉曾令, 健 张, 宇 郭, 饶云江 申请人:电子科技大学
最新回复(0)