[發明專利]用于溫度和液體折射率傳感測量的光纖微結構傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201711400226.0
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN108181271A
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 祝連慶;上官春梅;何巍;張雯;婁小平;李紅;董明利
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45;G01K11/32
• 代理公司: 北京律恒立業知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11416
• 代理人: 顧珊;龐立巖

本發明提供了一種用于溫度和液體折射率傳感測量的光纖微結構傳感器，利用40％濃度的氫氟酸溶液腐蝕去除涂覆層的HI?1060光纖端面，形成一個倒錐形凹槽作為傳感頭，該傳感器具有較高的折射率靈敏度和溫度靈敏度。本發明的光纖微結構傳感器結構新穎、體積小、結構簡單、靈敏度高、制作成本低，適合大批量生產，在溫度和液體折射率傳感領域具有巨大的應用意義。

技術領域

本發明涉及光纖傳感領域，特別涉及一種用于溫度和液體折射率傳感測量的光纖微結構傳感器及其制備方法。

背景技術

光纖傳感器由于測量精度高，響應速度快，體積小，受電磁干擾小等優點受到科學界廣泛關注，并被應用于各個領域。其中，干涉型光纖傳感器通過探測干涉條紋移動或干涉光譜漂移來實現對外界介質特性改變的測量，當外界環境發生變化時，光纖內相干光光程差隨之改變，從而引起干涉信號的變化。干涉型傳感器測量靈敏度高，具有很快的響應速度，被廣泛應用于溫度、折射率、應變、曲率和濕度等參數的測量。其中，溫度和折射率是對于材料本身非常重要兩個參數，在航空、化學、生物和醫療等領域都需要對材料的溫度和折射率進行測量，在工業生產、環境監測和食品監測方面也具有廣泛的應用,迄今為止，測量溫度和折射率的方法有很多。由于干涉型傳感器自身的優點以及光纖微結構的發展，基于光纖端面微結構的光纖干涉型傳感器受到廣泛青睞。

目前基于光纖端面微加工法制作光纖干涉型傳感器的方法主要有熔接放電法、化學腐蝕法和激光加工法。激光微加工法主要是利用飛秒激光或準分子激光設備，激光微加工法具有很高的加工精度和加工質量；化學腐蝕法主要是利用氫氟酸腐蝕光纖制作光纖傳感器，化學腐蝕法操作簡單，制作成本低，近年來受到廣泛關注。2012年，S.Zhang等人通過錯位熔接及電弧放電制作了一種基于Mach-Zehnder(M-Z)干涉型傳感器，并應用于曲率的測量，在1463.86nm和1548.41nm處靈敏度達到11.987nm/m-1和8.697nm/m-1。2014年北京理工大學的姜瀾等人利用飛秒激光對光纖纖芯進行微加工并用氫氟酸進行平滑處理制作出條紋對比度為20dB的光纖Fabry-Perot(F-P)傳感器，并應用于液體折射率的測量，靈敏度為1135.7nm/RIU。2016年Yong Zhao等人通過熔接機在兩段單模光纖之間利用重疊熔接法熔接一段光子晶體光纖制成條紋對比度為7dB的M-Z傳感器，并應用于折射率的測量，靈敏度最高達281.6nm/RIU；同年暨南大學劉博等人提出了一種基于氫氟酸微滴腐蝕制作高雙折射的微納光纖F-P傳感器，其光纖F-P傳感器沿快軸和慢軸干涉峰的折射率靈敏度分別為133.8nm/RIU和117.1nm/RIU，溫度靈敏度為0.012nm/℃；西安石油大學李輝棟等人，通過化學腐蝕方法制作了一種基于光纖氣泡級聯M-Z干涉液體折射率傳感器，當外界折射率變化范圍在1.345～1.389時，傳感器的靈敏度為-216.21dB/RIU。利用化學腐蝕法制作的光纖傳感器，并研究傳感器的傳感特性具有重要意義。

因此，需要一種具有較高的折射率靈敏度和溫度靈敏度的用于溫度傳感和液體折射率傳感測量的光纖微結構傳感器及其制備方法。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種用于溫度和液體折射率傳感測量的光纖微結構傳感器，包括HI-1060光纖，所述HI-1060光纖末端設置有倒錐形凹槽結構。

優選地，所述倒錐形凹槽結構的凹槽深度為45μm。

優選地，所述倒錐形凹槽結構為HI-1060光纖端面經過化學腐蝕得到。

優選地，所述化學腐蝕方法具體為：將HI-1060光纖端面插入40％濃度的氫氟酸溶液中，腐蝕20min。