[发明专利]光纤谐振子真空传感器

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感器技术领域，涉及一种用于测量狭小空间真空度的光纤本征谐振子传感器。

背景技术

真空传感器通常应用于半导体器件封装时的真空度测量。对于狭小空间的真空度测量是目前真空测量技术的关键应用之一，现有可以满足的方法多为微机械探头方法，微机械探头制作的真空传感器具有体积小、重量轻、成本低、可批量制作和单片集成等许多优点，但微机械探头方法需要电信号激励和输出，不便于实现分布式多点监测，且不能适用于易燃易爆的环境测试，因此设计一种全光传输的光纤真空传感器具有迫切的技术需求。

目前，关于光纤在真空度检测方面的文献报道很少，有文献报道了一种反射式光纤传感器的气体真空度测量装置(参考文献：隋成华，丰明坤.一种用于真空度测量的光纤传感器.半导体光电，2003年，第5期：350-353)，其测量原理是利用参考腔室中金属薄膜随系统真空度变化而产生线性形变，采用一对450μm芯径的光学光纤分别做发射与接收光纤，通过测量基于光纤和金属薄膜的相对位移对反射光强信号的调制量，来确定真空度的变化。

光纤传感器的突出特点是体积小、抗电磁干扰、抗腐蚀和全光信号测量，特别是可以将传感头放入恶劣的空间狭小的环境中(如有毒、易燃、易爆、高温高压等场合)，便于遥测遥控，实现在线、多点分布式检测气体真空度大小。这类传感器兼顾谐振传感器和光传感器所具有的技术特点，并具有全光传输、微型化、高灵敏度、易集成和低成本等技术优势，特别适合于狭小空间的高精度传感测量，在物理、化学、生物医学和生命科学等多个研究领域具有广泛的应用前景。

本发明直接在光纤端面上加工微梁谐振子，实现光纤本征结构一体化，用于测量狭小空间的真空度，即光纤谐振子真空传感器。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种光纤本征谐振子真空传感器。

本发明所采取的传感器技术方案为：

本发明包括激光光源、探测器、光纤定向耦合器、匹配液和传感探头。激光光源与光纤定向耦合器一侧的一个光纤端口光连接，探测器与光纤定向耦合器一侧的另一个光纤端口光连接，光纤定向耦合器另一侧的一个光纤端口与微梁谐振子光连接，光纤定向耦合器另一侧的另一个端口通过光纤浸入匹配液。

所述的微梁谐振子为基于光纤(标准单模光纤)端面的悬梁结构，该悬梁结构位于光纤端面，包括固支端和悬梁，固支端的一端与光纤固定，另一端与悬梁固定，所述的固支端垂直于光悬梁，光纤端面和悬梁构成法布里-珀罗光学谐振腔；所述的悬梁外侧面上镀有金属敏感膜。

所述的悬梁外侧面金属敏感膜材料选用Au或Cr。

所述的固支端高度为0.5μm～5μm，长度为20μm～40μm。

所述的悬梁长度为80μm～100μm，厚度为5μm～10μm。

所述的固支端与悬梁的宽度相同，为20μm～40μm。

作为另一种可选方案，悬梁结构可为双端固支，即悬梁的两端都固定连接有固支端，通过固支端与光纤端面固定，此时的悬梁整总长度与光纤直径相同。

所述的悬梁结构为光纤本征一体化结构。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

直接在光纤端面上加工微梁谐振子，实现了谐振敏感器件的一体化光集成结构，具有如下的技术优点：第一，器件结构简单，光路与器件合二为一，光耦合自对准增强了谐振器件工作的可靠性；第二，由于谐振敏感器件直接加工在标准单模光纤端面上，因此敏感器件的尺寸与光纤端面相当，可以满足传感器微型化的要求；第三，由于微梁与光纤端面形成法布里-珀罗光学谐振腔，因而可以提高微梁谐振信号的检测精度；第四，该结构设计可以实现单一光源同时实现谐振子的激励和谐振信号的检出，因此可降低系统成本。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明中第一实施例的微梁谐振子立体图；

图3为本发明中第二实施例的微梁谐振子立体图；

图4为光纤端面微悬梁谐振敏感器的加工工艺示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，光纤本征谐振子真空度传感器包括激光光源、探测器、光纤定向耦合器、匹配液和传感探头。激光光源与光纤定向耦合器一侧的一个光纤端口光连接，探测器与光纤定向耦合器一侧的另一个光纤端口光连接，光纤定向耦合器另一侧的一个光纤端口与微梁谐振子光连接，光纤定向耦合器另一侧的另一个端口通过光纤浸入匹配液。