[发明专利]光子晶体光纤FP折射率-应变传感器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种光子晶体光纤FP折射率‑应变传感器，包括光子晶体光纤，其特征在于，所述光子晶体光纤的纤芯上长50μm、宽80μm的矩形槽，该矩形槽贯穿光纤横截面，形成感知折射率变化的第一腔体装置；所述传感器还包括单模光纤，单模光纤与一段光子晶体光纤熔接在熔接面上单模光纤的纤芯处有一凹陷部，熔接面外部包层处成型有一圈凹陷区，形成感知应变变化第二腔体置；第一腔体和第二腔体级联形成传感器，利用该结构的反射光谱图进行折射率‑应变的传感。

技术领域

本发明属于光纤器件领域，特别是涉及光子晶体光纤FP折射率-应变传感器及其制作方法。

背景技术

光纤传感器具有诸多优良特性，可实现复杂环境下的测量工作具有非常广泛的应用价值。它具有抗电磁干扰、抗辐射、灵敏度高、重量轻、绝缘防爆、耐腐蚀等特点，且光纤尺寸微小，具有良好的光传输性能。在各种类型的光纤传感器中，目前精度最高的是干涉型光纤传感器。其中光纤FP传感器（法布里-珀罗传感器）因只用一根光纤且结构简单体积小、动态范围大，在生物医学、磁场、微机电系统中受到广泛关注。

光纤FP传感器主要包括非本征型和本征型两大类。非本征型结构的光纤FP传感器的是利用光纤和一个具有反射面结构的非光纤原件组成；本征型光纤FP结构的加工方法一般为利用在光纤上通过镀膜、改变折射率等手段形成一对高反射镜，进而成腔。

发明内容

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种光子晶体光纤FP折射率-应变传感器，包括光子晶体光纤，其特征在于，所述光子晶体光纤的纤芯上长50μm、宽80μm的矩形槽，该矩形槽贯穿光纤横截面，形成感知折射率变化的第一腔体装置；

所述传感器还包括单模光纤，单模光纤与一段光子晶体光纤熔接在熔接面上单模光纤的纤芯处有一凹陷部，熔接面外部包层处成型有一圈凹陷区，形成感知应变变化第二腔体置；

第一腔体和第二腔体级联形成传感器，利用该结构的反射光谱图进行折射率-应变的传感。

进一步的改进，所述传感器采用宽带光源作为光源。

一种光子晶体光纤FP折射率-应变传感器的制作方法，包括如下步骤：

步骤一）将光子晶体光纤去除涂覆层后用酒精擦拭干净，固定到三维移动平台上；将飞秒激光聚焦到纤芯上，垂直于光纤轴向，采用划线法在纤芯上制作出长50μm、宽80μm的矩形槽，该矩形槽贯穿光纤横截面；

步骤二）将单模光纤涂覆层去除，用酒精擦拭后切平，切面在40%质量分数的氢氟酸下腐蚀15分钟后对腐蚀端面进行超声清洗处理；

步骤三）将处理好的单模光纤与一端面切平的光子晶体光纤相对熔接成腔，熔接完成后，外部包层处形成一圈气体塌陷区；

步骤四）将步骤一）制成的的光子晶体光纤结构与步骤三）的光子晶体光纤部级联，利用该结构的反射光谱图进行折射率-应变的传感。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

与现有技术相比，采用本发明所提供的技术方法制作的基于飞秒激光和化学腐蚀制备的光子晶体光纤FP腔结构传感器，采用全光纤式结构，可避免电磁干扰对检测结果的影响。同时该传感器可靠性高，使用时只需将传感器所在部分置于待测环境中，另一端连接光谱仪即可完成测试系统的搭建，通过经传感器反射光谱的自由谱宽的方式同时检测应变和折射率变化，灵敏度高。

附图说明

图1为纤芯上的矩形槽图；

图2为光子晶体光纤结合化学腐蚀的FP腔加工原理图；

图3为双腔级联示意图；

图4为应变-折射率数据采集示意图