[發(fā)明專利]一種基于雙密閉腔的光纖微結(jié)構(gòu)傳感器件制備方法

有效

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• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111272306B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉穎剛;王鈺璽;楊丹青;張庭;傅海威;賈振安
• 申請（專利權(quán)）人: 西安石油大學(xué)
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G01L1/24;G02B6/255
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 王晶

一種基于雙密閉腔的光纖微結(jié)構(gòu)傳感器件制備方法，包括以下步驟；取一段單模光纖放置在具有CCD顯示的三維微動平臺上，加工兩個方形微孔；將加工好的雙微孔放置在HF溶液中，清洗掉加工時(shí)表面和孔內(nèi)的材質(zhì)殘留；將清洗后的結(jié)構(gòu)放在熔接機(jī)下，選擇手動熔接程序，對兩個微孔通過高溫放電的形式制作出兩個形狀相同，距離大概在500微米左右的圓形密閉腔；將制作好的傳感器接入到解調(diào)儀中采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過快速傅里葉變換提取各個腔體頻率，再通過傅里葉帯通濾波法將密閉腔和兩密閉腔之間的光纖腔頻率圖像分別確定出來；本發(fā)明可同時(shí)區(qū)分測量溫度與拉力，傳感器體積小，可在微小環(huán)境中工作，具有結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于雙密閉腔的光纖微結(jié)構(gòu)傳感器件制備方法。

背景技術(shù)

自1970年世界上第一根光纖傳感器誕生以來，光纖傳感器件憑借著小體積、高靈敏度、低損耗、高性價(jià)比等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于眾多領(lǐng)域檢測，使得光纖傳感技術(shù)在原理上和應(yīng)用開發(fā)等方面都取得了巨大的突破。產(chǎn)生了溫度、壓強(qiáng)、應(yīng)力、流速、磁場等測量參數(shù)的多參量傳感器。而微結(jié)構(gòu)光纖傳感技術(shù)由于結(jié)構(gòu)的多樣性，伴隨著光纖傳感原理的復(fù)雜性，一直是研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。其中基于激光器加工微結(jié)構(gòu)光纖傳感技術(shù)則是光纖傳感技術(shù)發(fā)展的新階段。2003年，江超等人利用波長248nm的KrF準(zhǔn)分子激光器對K9光學(xué)玻璃的精密微細(xì)加工進(jìn)行了研究，對玻璃進(jìn)行切割及表面打孔實(shí)驗(yàn)，打出0.8mm左右的微孔，進(jìn)一步探討了準(zhǔn)分子激光與玻璃的相互作用機(jī)理。2006年，武漢理工大學(xué)的李維來等人研究157nm激光對SiO2材料的加工特性，用157nm激光器刻蝕晶體光纖的端面，以晶體光纖的微孔輪廓作為參照，對刻蝕深度和燒蝕程度進(jìn)行定量地分析。得出激光能流密度為2J/cm2時(shí)，刻蝕率可達(dá)210nm脈沖，證實(shí)了157nm激光的7.9eV的光子能量能被SiO₂材料強(qiáng)烈地吸收而產(chǎn)生破壞。

現(xiàn)階段存在的193nm準(zhǔn)分子激光器也是基于上述原理且成本低于飛秒激光，加工精度高于157nm激光器的特點(diǎn)。結(jié)合這兩種特點(diǎn)，193nm準(zhǔn)分子激光器問世后也很受各大院校青睞。因此利用激光器加工光纖微結(jié)構(gòu)傳感器件也成為現(xiàn)階段發(fā)展的必然趨勢。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于雙密閉腔的光纖微結(jié)構(gòu)傳感器件制備方法，該傳感器可同時(shí)區(qū)分測量溫度與拉力，傳感器體積小，可在微小環(huán)境中工作，具有結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于雙密閉腔的光纖微結(jié)構(gòu)傳感器件制備方法，包括以下步驟；

步驟一：取一段單模光纖放置在具有CCD顯示的三維微動平臺上，將193nm準(zhǔn)分子激光器光闌調(diào)至尺寸為40微米的方形光斑，打開激光器加工第一個穿過纖芯的方形微孔；

步驟二：激光器驅(qū)動放置光纖的三維微動平臺將加工好第一個孔后將光纖橫向移動500微米，按照步驟一的方法制作第二個同樣的穿孔；

步驟三：將加工好的雙微孔放置在5％的HF溶液中1-2分鐘，清洗掉加工時(shí)表面和孔內(nèi)的材質(zhì)殘留；

步驟四：將清洗后的結(jié)構(gòu)放在熔接機(jī)下進(jìn)行熔接，對兩個微孔通過高溫放電的形式制作出兩個形狀相同，距離大概在500微米左右的圓形密閉腔；

步驟五：將制作好的傳感器接入到解調(diào)儀中采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過快速傅里葉變換提取各個腔體頻率，再通過傅里葉帯通濾波法將密閉腔和兩密閉腔之間的光纖腔頻率圖像分別確定出來；

步驟六：將做好的光纖傳感器一端連接解調(diào)儀，另一端夾持在電子測力計(jì)上，從0N開始到2.2N，每0.2N記錄一個數(shù)據(jù)，每次記錄等待兩分鐘，等待全光纖受力均勻再記錄；