[發(fā)明專利]一種金屬化封裝的光纖光柵法-珀傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011409212.7
• 申請(qǐng)日: 2020-12-04
• 公開（公告）號(hào): CN112729597B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 祝連慶;任越;張鈺民;何巍;李紅;張?chǎng)?/a>;董明利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京信息科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01K11/3206
• 分類號(hào): G01K11/3206;G01B11/16;G02B6/02
• 代理公司: 北京恒律知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11416
• 代理人: 王琦;龐立巖

1.一種金屬化封裝的光纖光柵法-珀傳感器的制備方法，其特征在于，該制備方法具體步驟如下：

(1)光纖光柵的制備

將單模光纖進(jìn)行載氫處理，然后進(jìn)行光柵刻寫，刻寫兩個(gè)布拉格光柵，兩個(gè)布拉格光柵之間形成法-珀腔；

(2)封裝傳感器

對(duì)鋁合金基底進(jìn)行拋光處理、超聲清洗、蒸餾水清洗和氮?dú)獯蹈珊螅旁诩訜崞脚_(tái)上進(jìn)行熔融；

將制備好的光纖光柵放在鋁合金基底上，用光纖夾具固定，在光纖法-珀腔處涂覆金屬合金膜，涂覆完成后自然冷卻至室溫；

所述光纖光柵法-珀傳感器受到溫度作用時(shí)，僅使干涉條紋波長(zhǎng)發(fā)生平移，反射波譜的形狀不發(fā)生變化，通過反射譜包絡(luò)的移動(dòng)測(cè)量溫度；法-珀傳感器通過腔長(zhǎng)變化感知被測(cè)量，利用其輸出條紋信息和相位間的關(guān)系可以解調(diào)傳感器腔長(zhǎng)，以用于應(yīng)變傳感測(cè)量；

所述光纖光柵法-珀傳感器為同一根單模光纖中間隔一定距離寫入兩個(gè)相同的光纖光柵構(gòu)成法-珀腔，當(dāng)寬帶光源I₀(λ)入射到光纖光柵法-珀傳感器時(shí)兩個(gè)光纖光柵的反射波形成干涉，根據(jù)雙光束干涉理論，反射輸出光強(qiáng)滿足以下公式：

其中，I_R(λ)為反射光強(qiáng)度，λ為波長(zhǎng)，R為光纖光柵反射率，L_FP為法-珀腔長(zhǎng)，n為光纖的折射率；

根據(jù)光纖光柵布拉格波長(zhǎng)公式λ_B＝2n_effΛ，光纖光柵波長(zhǎng)的相對(duì)變化與溫度和應(yīng)變的關(guān)系滿足以下公式：

其中，n_eff為光柵纖芯有效折射率，Δn_eff為光柵纖芯有效折射率變化量，Λ為光柵周期，ΔΛ為光柵周期變化量，Δλ_B為光纖光柵布拉格波長(zhǎng)變化量，P_e為有效彈光系數(shù)，ε_ax為應(yīng)變變化量，α_f和ξ分別為熱光系數(shù)和熱膨脹系數(shù)，ΔT為溫度變化量；

干涉條紋的相位滿足以下公式：

由于纖芯有效折射率n_eff和L_FP的變化，它的相對(duì)改變滿足以下公式：

其中，Δφ_Fp為干涉條紋相位的變化量，n為光纖的折射率，λ為波長(zhǎng)，ΔL_FP為法-珀腔長(zhǎng)的變化量，λ_B為光纖光柵布拉格波長(zhǎng)，Δλ_B為光纖光柵布拉格波長(zhǎng)變化量；

光纖光柵空間的變化與光纖光柵周期的變化關(guān)系滿足以下公式：

可得Δφ_Fp(λ_B)＝0；

所述法-珀傳感器通過腔長(zhǎng)變化感知被測(cè)量，利用其輸出條紋信息和相位間的關(guān)系可以解調(diào)傳感器的腔長(zhǎng)：

當(dāng)λ和L_FP滿足關(guān)系：I_R(λ)取得極大值；

當(dāng)λ和L_FP滿足關(guān)系：I_R(λ)取得極小值；

根據(jù)任意兩個(gè)干涉條紋峰值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)可以求解法珀傳感器的腔長(zhǎng)，公式為：

式中，μ為波峰的干涉次級(jí)，λ_m為干涉條紋峰值對(duì)應(yīng)的第m級(jí)波長(zhǎng)，λ_m+q為干涉條紋峰值對(duì)應(yīng)的第m+q級(jí)波長(zhǎng)，λ_μ為干涉條紋峰值對(duì)應(yīng)的第μ級(jí)波長(zhǎng)，m、m+q為波峰的干涉次級(jí)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵法-珀傳感器的制備方法，其特征在于，所述載氫處理的條件為：在80℃，11Mpa下進(jìn)行3day的載氫處理。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵法-珀傳感器的制備方法，其特征在于，所述光柵刻寫使用波長(zhǎng)為244nm的氬離子紫外激光器；所述兩個(gè)布拉格光柵長(zhǎng)度均為5mm，所述法-珀腔長(zhǎng)度為15mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵法-珀傳感器的制備方法，其特征在于，所述加熱平臺(tái)溫度設(shè)置為190℃；所述金屬合金膜的涂覆長(zhǎng)度為9mm。