[發明專利]一種涂覆PVA薄膜的U型微納光纖耦合器及制備方法和應用

在審

• 申請號: 201810533308.0
• 申請日: 2018-05-23
• 公開（公告）號: CN109030413A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 趙勇;彭昀;陳茂慶
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉;梅洪玉

本發明屬于光電檢測技術領域，具體涉及一種基于涂覆PVA薄膜的U型微納光纖耦合器的制備方法和濕度測量裝置。濕度裝置包括涂覆PVA薄膜的U型微納光纖耦合器、光源、密封濕度儀、光譜分析儀和濕度電子傳感器。涂覆PVA薄膜的U型微納光纖耦合器和濕度電子傳感器的電子濕度計固定在密封濕度儀的蓋子上，密封濕度儀的蓋子下表面與密封濕度儀緊固，密封濕度儀內置鹽溶液。光源通過單模光纖A與涂覆PVA薄膜的U型微納光纖耦合器的端口1連接，涂覆PVA薄膜的U型微納光纖耦合器的端口4通過單模光纖B與光譜分析儀連接。本發明易于制作、高靈敏度、寬檢測區間、優良的線性輸出、低交叉敏感度且能夠多次進行濕度測量的方法。

技術領域

本發明屬于光電檢測技術領域，具體涉及一種涂覆PVA薄膜的U型微納光纖耦合器及制備方法和應用。

背景技術

目前，對于高靈敏度、線性輸出、低交叉敏感度和探頭式濕度傳感器的需求是十分強烈的。近年來，由于濕度傳感器在社會活動中的大量應用，引起了研究人員廣泛的關注，特別是在工業生產領域，如電子產品(如ESD控制)、食品(如脫水、儲存)、印刷工業、材料工業(如陶瓷干燥)和半導體工業(如潔凈室)。在上述工業生產過程中，濕度水平必須控制在一定范圍內，例如ESD控制(30％-70％RH)、食品脫水(0-50％RH)、印刷(40-50％RH)、陶瓷干燥(0-50％RH)和潔凈室(33-39％RH)(文獻1.姚堯,氧化石墨烯的濕敏特性及其在微納濕度傳感器上的應用[D],西南交通大學,2013)。因此，無論從制造業還是從食品加工的角度考慮，中低濕度的高靈敏度檢測將在生產活動中起到重要作用。

基于光纖的濕度傳感器，特別是那些結合特殊測量結構和濕敏材料的濕度傳感器在過去的幾年中得到了廣泛的報道。與傳統的濕度傳感器相比，光纖濕度傳感器的優點是簡單和輕便，并且還具有高靈敏度和快速響應的優良特性。然而，光纖濕度傳感器的靈敏度一直被光纖的傳統圓柱波導結構所限制(文獻2.Tong L,Gattass R R,Ashcom J B,etal.Subwavelength-diameter silica wires for low-loss optical wave guiding[J].Nature,2003,426(6968):816-819.)。為了使光纖具有強的倏逝場和高靈敏度，許多方法被報道，其中微納光纖是一種自提出就被廣泛關注的方法。

微納光纖是一種直徑從幾十納米到幾微米的光纖。由于超細的直徑，基于微納光纖的傳感器具有更好的傳感特性。在過去的幾年中，已經報道了許多基于微納光纖的特殊測量結構，如干涉儀，耦合器，諧振器，光纖光柵和錐形結構等已被開發為各種濕度傳感應用(文獻3.Zhao Y,Peng Y,Chen M Q,et al.Humidity Sensor Based on UnsymmetricalU-shaped Microfiber with a Polyvinyl Alcohol Overlay[J].Sensors&Actuators BChemical,2018,263:312-318.)。其中要重點介紹的就是微納光纖耦合器，由于其對環境折射率變化的高度敏感而被認為是一種優良的濕度傳感器。在傳感性能方面，微納光纖耦合器由于其獨特的結構，是迄今為止最敏感的光纖濕度傳感器之一。然而，較差的線性度和較窄的檢測區間限制了微納光纖耦合器濕度傳感器的廣泛應用。

發明內容

本發明的目的在于克服已有技術的不足之處，提出一種探頭式、易于制作、高靈敏度、寬檢測區間、優良的線性輸出、低交叉敏感度且能夠多次進行濕度測量的涂覆PVA薄膜的U型微納光纖耦合器。

本發明的技術方案是：

一種涂覆PVA薄膜的U型微納光纖耦合器，該耦合器由兩根交叉纏繞一次的單模光纖加熱拉錐形成微納光纖耦合器，分為腰區和過渡區；交叉點拉錐變長形成平行貼合的區域為腰區，腰區各處直徑相同；腰區以外至端口間的區域為過渡區；腰區外層涂覆厚度為40～70納米的PVA敏感膜。

一種涂覆PVA薄膜的U型微納光纖耦合器的制備方法，步驟如下：