[发明专利]一种基于二硒化钼的光纤湿度传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及光纤传感技术领域，公开了一种基于二硒化钼的光纤湿度传感器，包括侧边抛磨光纤、二硒化钼膜层，所述侧边抛磨光纤包括包层和纤芯，所述包层经部分抛磨处理成一抛磨面，所述二硒化钼膜层沉积在所述侧边抛磨光纤的抛磨面上。本发明通过二硒化钼与光纤的结合制成的湿度传感器，不仅制备简单、成本低廉，而且与传统湿度传感器相比，具有兼容性高、响应灵敏、线性好、重复性高、测湿范围大的优点。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于二硒化钼的光纤湿度传感器及其制备方法。

背景技术

湿度是一个重要的物理量，航空航天、发电变电、纺织、食品、医药、仓储、农业等行业对湿度的要求都非常严格，对湿度参量进行有效实时监测和控制，是正常生产的前提。理想的湿度传感器可在较宽的温度和湿度范围内使用：测量精度高、寿命长、稳定性好、响应速度快、湿滞回差小、灵敏度高、线性好、温度系数小、制造工艺简单、体积小等。现在湿度传感器大部分是利用湿度对电阻或电容的影响制作而成，因此其对抗电磁干扰、抗腐蚀、距离传感方面存在不足。

虽然现有市面上存在光纤湿度传感器能有效地应对上述问题，但是目前的基于石墨烯的光纤湿度传感器对湿度的响应却是非线性的，如申请号为201510694866.1的中国专利《基于氧化石墨烯和聚乙烯醇复合膜的光纤湿度传感器》公开了基于氧化石墨烯/聚乙烯醇复合膜的光纤湿度传感器，由宽带光源、第一光纤腰锥放大、氧化石墨烯/聚乙烯醇复合膜、第二光纤腰锥放大和光谱分析仪组成；氧化石墨烯/聚乙烯醇复合膜经过干燥处理，均匀镀在第一光纤腰锥放大和第二光纤腰锥放大中间光纤区域的侧表面上，形成氧化石墨烯/聚乙烯醇复合膜；氧化石墨烯/聚乙烯醇复合膜的厚度为200～500nm；第一光纤腰锥放大左端与宽带光源连接，第一光纤腰锥放大右端与第二光纤腰锥放大左端连接，第二光纤腰锥放大右端与光谱分析仪连接。虽然该专利具有较高灵敏度和分辨率，但其不仅结构复杂、制备不易，且对湿度的响应为非线性，精准度不足。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中至少一个技术缺陷，提供一种结构简单、成本低廉、响应具线性的基于二硒化钼的光纤湿度传感器及其制备方法。

本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：

一种基于二硒化钼的光纤湿度传感器，包括侧边抛磨光纤、二硒化钼膜层，所述侧边抛磨光纤包括包层和纤芯，所述包层经部分抛磨处理成一抛磨面，所述二硒化钼膜层沉积在所述侧边抛磨光纤的抛磨面上。

二硒化钼（MoSe₂）具有类似于三明治的片层状结构，可吸收光线。将二硒化钼与光波导相结合，二硒化钼的光频电导率会影响光波导的有效折射率，进而影响到光波导中的传输光场。利用湿度对光频电导率的影响，即可制成基于二硒化钼的光纤湿度传感器。基于此，把二硒化钼膜层沉积到侧边抛磨光纤（SPF）的抛磨面上，涂覆在侧边抛磨光纤抛磨面上的材料与消逝场产生相互作用，并耦合到在纤芯传播的模场中，利用这种特性制作出传感器。

本发明的基本工作原理基于以上，当不同湿度的空气与二硒化钼膜层接触后，二硒化钼膜层的光频电导率等光学参数会发生改变，通过测量二硒化钼膜层光学参数的变化即可获得相应的湿度。由于简单及低廉的制作方法，与光纤系统的高度兼容性，使得二硒化钼可以作为结合侧边抛磨光纤进行传感的理想选择。

进一步地，所述二硒化钼膜层的层数为多层。

进一步地，所述二硒化钼膜层的厚度为50nm～500nm。经实验，二硒化钼作为湿度传感的最佳厚度应为50nm～500nm。

进一步地，所述侧边抛磨光纤可为单模光纤或多模光纤，所述抛磨面长度为5mm～30mm。一般普通的单模光纤的直径为125μm，其纤芯直径约为8μm，若侧边抛磨光纤为单模光纤，则经抛磨处理后的抛磨面厚度应为61μm～70μm，计算得到抛磨深度范围为55μm～64μm；若侧边抛磨光纤为多模光纤，则所述抛磨面与所述纤芯间距离为1.5μm～5μm，或将所述纤芯抛磨掉一部分。