[發(fā)明專利]一種響應(yīng)快速錐形微納光纖濕度傳感器及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310203956.7
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN103293131A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 譚艷珍;金龍;關(guān)柏鷗
• 申請（專利權(quán)）人: 暨南大學(xué)
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 陳燕嫻

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光纖濕度傳感器及其制備方法，尤其是一種響應(yīng)快速錐形微納光纖濕度傳感器及其制備方法，屬于環(huán)境濕度測量領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代光纖傳感產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對于全光纖器件的研究越來越受到科研工作者和光電產(chǎn)業(yè)人士的高度重視，這些光子器件設(shè)計理論和制備工藝技術(shù)的發(fā)展，伴隨著對器件工作性能、集成度和能量消耗等要求的提高，使現(xiàn)在的全光纖器件的特征線寬或直徑己經(jīng)達(dá)到了亞波長和納米尺度。微納光纖是直徑達(dá)到微米或者納米尺寸的光纖，其具有強(qiáng)光場約束、強(qiáng)消逝場傳輸獨特的光學(xué)特性，利用這種強(qiáng)倏逝場耦合可以實現(xiàn)微納光纖間高效的能量交換，有利于制作微型超緊湊高靈敏度的光纖傳感器以及光子器件的混合集成等。對于亞微納光纖及其器件，目前己經(jīng)形成在光通信、光傳感和生物成像探測等多個領(lǐng)域的研究熱點，微型化成為光子器件的發(fā)展趨勢之一，引起了國際廣泛的關(guān)注。

濕度是環(huán)境參量中較難檢測又特別重要的物理量之一，在眾多領(lǐng)域有影響，針對它的傳感器在響應(yīng)速度、監(jiān)測范圍、制作工藝、使用壽命等方面都有要求，然而，依托目前的技術(shù)，很難全面滿足以上要求。隨著光纖技術(shù)和光集成技術(shù)的發(fā)展，光纖濕度傳感器因其損耗低、耐化學(xué)腐蝕、抗電磁干擾、體積小、重量輕等優(yōu)良特性而受到極大關(guān)注并被廣泛應(yīng)用，許多實現(xiàn)方法被提了出來，其中包括傾斜光纖光柵、長周期光纖光柵、光纖Fabry-Perot腔等。然而這些方法的傳感靈敏度和響應(yīng)時間目前仍受到很大的局限，例如文獻(xiàn)“Teck?L.Yeo，Tong?Sun，Kenneth?T.V.Grattan，David?Parry，Rob?Lade，and?Brian?D.Powell，Polymer-coated?fiber?Bragg?grating?for?relative?humidity?sensing，Sensors?Journal，IEEE，2005，5(5)：1082-1089.”提出在布拉格光纖光柵表面鍍上聚合物薄膜來增加對濕度的敏感性，這種方法制作工藝較復(fù)雜，實驗上獲得的靈敏度為4.5pm/％RH(單位濕度)，“Francisco?J.Arregui，Yanjing?Liu，Ignacio?R.Matias，Richard?O.Claus，Optical?fiber?humidity?sensor?using?a?nano?Fabry-Perot?cavity?formed?by?the?ionic?self-assembly?method，Sensors?and?Actuators?B：Chemical，1999，59(1)：54-59.”提出使用光纖Fabry-Perot腔作為快速響應(yīng)的濕度傳感器，獲得的響應(yīng)時間是1s，并不能滿足超快速響應(yīng)的要求。

因此，研究一種不僅具有快速響應(yīng)、測量范圍寬、高靈敏度、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、成本低廉的光纖濕度傳感器成為一個極具價值的課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、濕度測量范圍寬和測量靈敏度高的響應(yīng)快速錐形微納光纖濕度傳感器。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種響應(yīng)快速錐形微納光纖濕度傳感器的制備方法。

本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到：

一種響應(yīng)快速錐形微納光纖濕度傳感器，其特征在于：包括依次相連的寬帶光源、微納光纖錐形結(jié)構(gòu)和光譜分析儀，所述微納光纖錐形結(jié)構(gòu)包括一個錐腰區(qū)以及位于錐腰區(qū)兩端的兩個錐形過渡區(qū)，所述兩個錐形過渡區(qū)分別通過標(biāo)準(zhǔn)光纖與寬帶光源和光譜分析儀相連；其中，

所述寬帶光源，用于發(fā)出進(jìn)入微納光纖錐形結(jié)構(gòu)的光；

所述微納光纖錐形結(jié)構(gòu)，用于將依次經(jīng)過兩個錐形過渡區(qū)的光形成干涉光；

所述光譜分析儀，用于記錄隨環(huán)境濕度變化的干涉光譜。

作為一種優(yōu)選方案，所述微納光纖錐形結(jié)構(gòu)為通過對雙包層光纖采用熔融拉錐技術(shù)制成的結(jié)構(gòu)，所述雙包層光纖由內(nèi)至外依次為纖芯、內(nèi)包層、外包層和涂覆層。

作為一種優(yōu)選方案，所述纖芯采用高摻鍺石英制成，所述內(nèi)包層采用鍺、氟共摻石英制成，所述外包層采用純石英制成。

作為一種優(yōu)選方案，所述微納光纖錐形結(jié)構(gòu)的錐腰區(qū)橫截面直徑為0～10μm。

作為一種優(yōu)選方案，所述微納光纖錐形結(jié)構(gòu)的每個錐形過渡區(qū)長度小于錐腰區(qū)長度，所述微納光纖錐形結(jié)構(gòu)的長度可調(diào)，可根據(jù)需要改變濕度傳感器的光譜特性。

作為一種優(yōu)選方案，所述微納光纖錐形結(jié)構(gòu)的每個錐形過渡區(qū)長度為0～15mm。

本發(fā)明的另一目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到：