[发明专利]用于温度和液体折射率传感测量的光纤微结构传感器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种用于温度和液体折射率传感测量的光纤微结构传感器，利用40％浓度的氢氟酸溶液腐蚀去除涂覆层的HI‑1060光纤端面，形成一个倒锥形凹槽作为传感头，该传感器具有较高的折射率灵敏度和温度灵敏度。本发明的光纤微结构传感器结构新颖、体积小、结构简单、灵敏度高、制作成本低，适合大批量生产，在温度和液体折射率传感领域具有巨大的应用意义。

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，特别涉及一种用于温度和液体折射率传感测量的光纤微结构传感器及其制备方法。

背景技术

光纤传感器由于测量精度高，响应速度快，体积小，受电磁干扰小等优点受到科学界广泛关注，并被应用于各个领域。其中，干涉型光纤传感器通过探测干涉条纹移动或干涉光谱漂移来实现对外界介质特性改变的测量，当外界环境发生变化时，光纤内相干光光程差随之改变，从而引起干涉信号的变化。干涉型传感器测量灵敏度高，具有很快的响应速度，被广泛应用于温度、折射率、应变、曲率和湿度等参数的测量。其中，温度和折射率是对于材料本身非常重要两个参数，在航空、化学、生物和医疗等领域都需要对材料的温度和折射率进行测量，在工业生产、环境监测和食品监测方面也具有广泛的应用,迄今为止，测量温度和折射率的方法有很多。由于干涉型传感器自身的优点以及光纤微结构的发展，基于光纤端面微结构的光纤干涉型传感器受到广泛青睐。

目前基于光纤端面微加工法制作光纤干涉型传感器的方法主要有熔接放电法、化学腐蚀法和激光加工法。激光微加工法主要是利用飞秒激光或准分子激光设备，激光微加工法具有很高的加工精度和加工质量；化学腐蚀法主要是利用氢氟酸腐蚀光纤制作光纤传感器，化学腐蚀法操作简单，制作成本低，近年来受到广泛关注。2012年，S.Zhang等人通过错位熔接及电弧放电制作了一种基于Mach-Zehnder(M-Z)干涉型传感器，并应用于曲率的测量，在1463.86nm和1548.41nm处灵敏度达到11.987nm/m-1和8.697nm/m-1。2014年北京理工大学的姜澜等人利用飞秒激光对光纤纤芯进行微加工并用氢氟酸进行平滑处理制作出条纹对比度为20dB的光纤Fabry-Perot(F-P)传感器，并应用于液体折射率的测量，灵敏度为1135.7nm/RIU。2016年Yong Zhao等人通过熔接机在两段单模光纤之间利用重叠熔接法熔接一段光子晶体光纤制成条纹对比度为7dB的M-Z传感器，并应用于折射率的测量，灵敏度最高达281.6nm/RIU；同年暨南大学刘博等人提出了一种基于氢氟酸微滴腐蚀制作高双折射的微纳光纤F-P传感器，其光纤F-P传感器沿快轴和慢轴干涉峰的折射率灵敏度分别为133.8nm/RIU和117.1nm/RIU，温度灵敏度为0.012nm/℃；西安石油大学李辉栋等人，通过化学腐蚀方法制作了一种基于光纤气泡级联M-Z干涉液体折射率传感器，当外界折射率变化范围在1.345～1.389时，传感器的灵敏度为-216.21dB/RIU。利用化学腐蚀法制作的光纤传感器，并研究传感器的传感特性具有重要意义。

因此，需要一种具有较高的折射率灵敏度和温度灵敏度的用于温度传感和液体折射率传感测量的光纤微结构传感器及其制备方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于温度和液体折射率传感测量的光纤微结构传感器，包括HI-1060光纤，所述HI-1060光纤末端设置有倒锥形凹槽结构。

优选地，所述倒锥形凹槽结构的凹槽深度为45μm。

优选地，所述倒锥形凹槽结构为HI-1060光纤端面经过化学腐蚀得到。

优选地，所述化学腐蚀方法具体为：将HI-1060光纤端面插入40％浓度的氢氟酸溶液中，腐蚀20min。