[發明專利]基于梅花型光纖的MEMS多光束干涉腔及其制作方法

在審

• 申請號: 202010152756.3
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111397515A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 司文榮;虞益挺;傅晨釗;李浩勇;吳旭濤;陸啟宇;黃華;王謝君;徐夢飛;黃昊;李秀廣;梁基重;藥煒;何寧輝;周秀;馬飛越;陳川;劉昕;袁鵬
• 申請（專利權）人: 國網上海市電力公司;西北工業大學;國網寧夏電力有限公司電力科學研究院;國網山西省電力公司;全球能源互聯網研究院有限公司;西安茂榮電力設備有限公司
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G02B6/293
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 應小波

本發明涉及一種基于梅花型光纖的MEMS多光束干涉腔及其制作方法，包括梅花型光纖、引導孔、支撐框架、孔肩、干涉腔本體、敏感膜片、第一反射層和第二反射層；所述梅花型光纖包括中心光纖和環繞光纖；所述梅花型光纖固接在引導孔中并與第二反射層相連接，所述的中心光纖與第一反射層中心對準，所述的環繞光纖與第二反射層相連接，所述第二反射層設在引導孔底部和干涉腔本體構成的孔肩上，所述干涉腔本體設在引導孔的底部且與引導孔的中心同軸，所述敏感膜片制作在干涉腔本體的底部并與支撐框架連接，所述第一反射層設在敏感膜片上。與現有技術相比，本發明具有工藝流程少、加工難度低、結構設計靈活、制作成本低等優點。

技術領域

本發明涉及光纖傳感領域，尤其是涉及一種基于梅花型光纖的MEMS多光束干涉腔及其制作方法。

背景技術

隨著工業4.0概念的提出，工業生產正逐步向智能化、信息化邁進，傳感器技術也面臨著微型化、智能化、穩定性以及靈敏度等各方面的挑戰。基于光纖干涉腔的傳感器具有靈敏度高、抗電磁干擾、傳輸距離遠等優點，受到國內外傳感領域的極大關注，相關研究眾多。微機電系統(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)是在半導體工藝基礎上發展起來的電子機械器件，具有微型化、集成化、多功能化、智能化等特點，其工藝融合了光刻、腐蝕、薄膜沉積、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密機械加工等技術，在高新技術產業領域具有廣泛的應用。基于MEMS 工藝的光纖干涉腔具有結構設計多樣、敏感膜片材料選擇范圍廣、干涉靈敏度高等獨特優勢，被廣泛的應用于溫度、壓力、聲波、濃度等物理化學量的檢測中，已經成為智能傳感領域的研究熱點。

2009年，管錫樂等人(光纖動態應變傳感技術研究[D].電子科技大學,2009.) 提出了一種由兩塊端面鍍有高反射膜并相互嚴格平行的光學平板組成的琺珀干涉腔，其利用真空鍍膜技術在打孔的石英光纖端面和切割打磨后的石英端面上分別鍍約0.3μm厚的金屬鉻(Cr)作為反射薄膜，力求達到最大反射率，提高琺珀腔的干涉品質，但這種增加干涉腔反射率的方法工藝繁瑣，難以保證加工一致性，靈活性比較差。2010年，孫東等人提出了一種使用157nm波長激光制造的微型光纖琺珀腔(光子學報,2010,39(07):1239-1242)，其利用157nm激光器制造的微通道將所測介質導入位于單模光纖頂端的琺珀腔，為增加琺珀腔的對比度，它同樣采用了在琺珀腔的反射面鍍高反膜的方法，但這種方法在此加工中工藝難度更大，操作更加復雜。2012年，Akkaya O.C.等人提出了一種用于聲波檢測的光纖琺珀干涉腔(J. Microelectromech.S.,2012,21(6):1347-1356)，它通過在硅膜上刻蝕光子晶體的方法來增加硅表面的反射率，提高琺珀腔的干涉品質，雖然這種設計可減少在硅表面鍍膜的工藝，但制備的整體工藝流程較為復雜，工藝難度大，成本高，同時傳感器的裝配也較為繁瑣。

總之，相關研究在構建光纖干涉腔時，都是通過在干涉腔的兩反射面上沉積增反膜來提高干涉腔的干涉品質，其制備流程都較為復雜繁瑣、且成本高、工藝難度也相對較大。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于梅花型光纖的MEMS多光束干涉腔及其制作方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于梅花型光纖的MEMS多光束干涉腔，包括梅花型光纖、引導孔、支撐框架、孔肩、干涉腔本體、敏感膜片、第一反射層和第二反射層；所述梅花型光纖包括中心光纖和環繞光纖；

所述梅花型光纖固接在引導孔中并與第二反射層相連接，所述的中心光纖與第一反射層中心對準，所述的環繞光纖與第二反射層相連接，所述第二反射層設在引導孔底部和干涉腔本體構成的孔肩上，所述干涉腔本體設在引導孔的底部且與引導孔的中心同軸，所述敏感膜片制作在干涉腔本體的底部并與支撐框架連接，所述第一反射層設在敏感膜片上。

優選地，所述敏感膜片與梅花型光纖端面之間的距離通過干涉腔本體的長度控制。