[發(fā)明專利]一種基于LB膜的微芯光纖氣體傳感器及其制備方法

無效

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• 申請日: 2010-05-11
• 公開（公告）號: CN101852888A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳宇;饒云江;楊飛亞
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;G01N21/17;G01N21/41
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及LB鍍膜、157nm準(zhǔn)分子激光加工和微納光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于LB鍍膜的微芯光纖氣體傳感器。

背景技術(shù)

微芯光纖是一種新穎的光纖結(jié)構(gòu)，它是由中心0.5～3微米的二氧化硅微芯以及微芯周圍半徑為5～20微米的空氣圓孔構(gòu)成，微芯的表面粗糙度可以低至原子量級，直徑非常均勻，光傳輸損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他類型的亞波長尺度光波導(dǎo)，該微芯表現(xiàn)出強光場約束、大比例倏逝波、高非線性等特性，在微納光子器件、光子傳感、非線性光學(xué)和原子波導(dǎo)等方面具有潛在的應(yīng)用價值。相比于普通亞波長尺度光波導(dǎo)線，微芯光纖具有較強的機械強度和穩(wěn)定性，可應(yīng)用于對微納尺度下各種微小變化量的高靈敏度近場傳感。

Langmuir-Blogeet膜，簡稱LB膜，它是將具有親水頭和疏水尾的兩親分子分散在水面(亞相)上，沿水平方向?qū)λ媸┘訅毫Γ狗肿釉谒嫔暇o密排列，形成一層排列有序的不溶性單分子膜。LB膜技術(shù)就是將上述的氣/液界面上的單分子膜轉(zhuǎn)移到固體表面并實現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)移組裝的技術(shù)。LB膜具有膜厚可準(zhǔn)確控制，制膜過程不需要很高的條件，簡單易操作，膜中分子排列高度有序等特點，因此可實現(xiàn)在分子水平上的組裝，在材料學(xué)、光學(xué)、電化學(xué)和生物仿生學(xué)等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。近年來已開展了眾多研究，涉及生物膜仿生模擬、超薄膜制備、光學(xué)以及各種基于LB膜的傳感器等方面。由于現(xiàn)有報道中，LB鍍膜工藝都是在玻璃基片上完成，因此在基片尺寸、形狀和與光學(xué)系統(tǒng)的融合上都存在局限性。本發(fā)明將微芯光纖與LB鍍膜技術(shù)相結(jié)合，利用微芯光纖的大比例倏逝波傳輸特性，結(jié)合對氣體敏感的特定材料LB鍍膜，可以構(gòu)成一種具有高靈敏的氣體傳感器。

157nm準(zhǔn)分子激光的波長極短，聚焦光斑直徑能達(dá)到微米量級，由于光子能量高，聚焦光斑小，因此聚焦后的光斑功率密度可達(dá)10⁸～10¹⁰W/cm²。準(zhǔn)分子激光加工是一種先進(jìn)的微加工方法，準(zhǔn)分子激光能夠直接打斷材料的部分化學(xué)鍵而實現(xiàn)材料的剝離和刻蝕。本發(fā)明中，利用157nm的準(zhǔn)分子激光可以在微芯光纖端面加工出各種所需的微結(jié)構(gòu)，用于LB鍍膜和氣體傳感。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的問題是：如何提供一種基于LB膜的微芯光纖氣體傳感器及其制備方法，這種基于LB膜的微芯光纖氣體傳感器在具有較好的機械穩(wěn)定性和更高的傳感靈敏度，在有毒有害氣體探測、易燃易爆氣體探測以及微量氣體的折射率探測領(lǐng)域有著較大的應(yīng)用潛力。

本發(fā)明所提出的技術(shù)問題是這樣解決的：提供一種基于LB膜的微芯光纖氣體傳感器，包括微芯光纖，其特征在于：

①所述微芯光纖的外徑為125～160微米，處于正中心的內(nèi)芯的直徑為0.5～3微米，在內(nèi)芯的周圍設(shè)置有空氣圓孔，該空氣圓孔直徑為4～20微米；

②在所述微芯光纖的一端面設(shè)置有一圓形微腔，該圓形微腔與內(nèi)芯的圓心距為30～40微米，直徑50～70微米，深度大于或者等于30微米；

③在設(shè)置有圓形微腔的一端的內(nèi)芯表面沉積有LB膜，鍍膜區(qū)域長60～100微米，LB膜的層數(shù)為1～200層，每層厚度為5～20納米，形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的傳感頭；

④所述微芯光纖的另一端與普通標(biāo)準(zhǔn)光線熔接，用于連接各種光學(xué)儀器。

一種基于LB膜的微芯光纖氣體傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

①選用的微芯光纖標(biāo)準(zhǔn)：外徑為125～160微米，處于正中心的內(nèi)芯的直徑為0.5～3微米，在內(nèi)芯的周圍設(shè)置有空氣圓孔，該空氣圓孔直徑為4～20微米；

②利用157nm準(zhǔn)分子激光器在上述微芯光纖的一端面加工出一個直徑為50～70微米、深度≥30微米的圓形微腔，該圓形微腔與內(nèi)芯的圓心距為30～40微米；

③使亞相表面的LB膜分子構(gòu)成緊密排列的單分子膜，將經(jīng)過②處理的微芯光纖從亞相液面沿垂直方向提出，在膜壓的作用下，氣/液界面表面連續(xù)轉(zhuǎn)移到微芯光纖的內(nèi)芯表面，構(gòu)成一層單分子LB膜，控制二氧化硅微光纖的提出速度使LB厚度為5～20納米；

④重復(fù)步驟③(N-1)次得到N層LB膜，其中1≤N≤200；

⑤將步驟④所得到的微芯光纖的另一端通過熔接連接標(biāo)準(zhǔn)光纖，用于連接各種光學(xué)儀器。