[發明專利]基于表面等離子體共振效應的光纖探針頭及其溫度傳感器、制作方法

在審

• 申請號: 202210683825.2
• 申請日: 2022-06-17
• 公開（公告）號: CN115014573A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 謝海輝;陳志軍;吳偉;張志平;葉國華
• 申請（專利權）人: 廣東博力威科技股份有限公司
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 廣東合方知識產權代理有限公司 44561
• 代理人: 梁洪文

本發明公開了一種基于表面等離子體共振效應的光纖探針頭及其溫度傳感器、制作方法，光纖探針頭包括光纖、金屬納米復合結構的周期性陣列層及熱敏層，所述光纖包括纖芯、包層及涂覆層，所述金屬納米復合結構的周期性陣列層位于光纖的纖芯端面，所述金屬納米復合結構的周期性陣列層包括金屬膜，所述金屬膜上設有多個周期排列的金屬納米復合結構，每個金屬納米復合結構為一個正方體孔，在正方體孔的中心設有中心圓盤，所述熱敏層鋪設于金屬納米結構陣列層上。本發明的光纖溫度傳感器靈敏度高，結構簡單，制造工藝簡單。

技術領域

本發明涉及溫度傳感器研究和制造領域，尤其涉及一種基于表面等離子體共振效應的光纖探針頭及其溫度傳感器、制作方法。

背景技術

光纖溫度傳感器是指通過光纖連接和傳輸信號，并將測量到的溫度信號轉換成光信號在光纖中傳輸的傳感器。

光纖溫度傳感器作為一種新型的溫度傳感器，具有許多傳統溫度傳感器所不具備的優點：(1)可以在惡劣和復雜的環境中工作，可以在易燃易爆、強電磁干擾、嚴格的空間限制下使用，也還可以測量局部小范圍的溫度。(2)高敏感性，可被廣泛應用于一些需要精密測量和控制的工業領域。(3)可與高度發達的現代電子設備和計算機相匹配，可通過光電或電光轉換得到相應的溫度信息。(4)可以實現遠程監控，可被廣泛應用于許多需要傳感和遙感技術的工業領域。

目前來說，對于市面上常見到的光纖溫度傳感器主要有光纖布拉格光柵(FBG)溫度傳感器、長周期光纖光柵(LPFG)溫度傳感器、光纖法布里-珀羅干涉儀(FPI)溫度傳感器、光纖馬赫-曾德爾干涉儀(MZI)溫度傳感器、光纖回音壁(WGM)溫度傳感器等。這些光纖溫度傳感器都有著無法解決的缺點，其主要缺點集中在溫度傳感靈敏度較低，制造工藝復雜、或者傳感成本較高等。因為無法在溫度傳感靈敏度較高的時候，實現制造工藝簡單、成本較低的效果，因此它們都沒有較大的應用場景。

發明內容

發明目的：為了解決現有技術中光纖溫度傳感器靈敏度低的問題，本發明提供一種基于表面等離子體共振效應的光纖探針頭及其溫度傳感器、制造方法。

技術方案：一種基于表面等離子體共振效應的光纖探針頭，包括光纖、金屬納米復合結構的周期性陣列層及熱敏層，所述光纖包括纖芯、包層及涂覆層，所述金屬納米復合結構的周期性陣列層位于光纖的纖芯端面，所述金屬納米復合結構的周期性陣列層包括金屬膜，所述金屬膜上設有多個周期排列的金屬納米復合結構，每個金屬納米復合結構為一個正方體孔，在正方體孔的中心設有中心圓盤，所述熱敏層鋪設于金屬納米結構陣列層上。

進一步地，中心圓盤呈圓柱形結構，中心圓盤的厚度與金屬膜厚度相同。

進一步地，所述金屬的材質為金。

進一步地，所述金屬膜厚度為100nm。

進一步地，所述正方體孔的邊長為400nm。

進一步地，相鄰兩個正方體孔的間距為280nm。

進一步地，所述熱敏層的材質為聚二甲基硅氧烷(PDMS)。

一種基于表面等離子體共振效應的光纖探針型溫度傳感器，包括上述基于表面等離子體共振效應的光纖探針頭。

一種基于表面等離子體共振效應的光纖探針頭的制作方法，包括以下步驟：

步驟一、利用電子束蒸餾技術在二氧化硅襯底上沉積一層金屬膜；

步驟二、取光纖，并在光纖的纖芯端面上涂覆高透光性的粘合劑；將光纖端面固定于多軸位移平臺上，使用立體顯微鏡觀察，對準金屬膜與光纖端面的位置并接觸，使金屬膜與光纖端面粘合；將二氧化硅襯底脫離，金屬膜粘附在光纖端面上；