[发明专利]基于自聚焦效应的光纤法珀复合结构传感器制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤传感器，具体涉及一种基于自聚焦效应的光纤法珀复合 结构传感器制作方法。

背景技术

光纤法珀传感器已经在工业、军事等诸多领域被广泛应用于应变、压力、 温度、折射率等参数的传感。传统的光纤法珀传感器主要通过在两段单模光纤 之间熔接一段空心光纤、或阶跃折射率多模光纤、或空心光子晶体光纤，这样 制作的光纤法珀结构端面反射率不高，导致测量灵敏度不高。可采用光纤布拉 格光栅和镀膜的方式提高反射率，但前者的带宽窄，后者的机械稳定性不好。

申请号为200710078516.8，公开号为CN 101055197A的中国发明专利“飞秒 激光脉冲制作的微型光纤珐珀传感器及制作方法”和申请号为200710088067.5， 公开号为CN 101034007A的中国发明专利“光纤珐珀传感器及其制作方法”分别 公开了利用飞秒激光和准分子激光在光纤上加工微珐珀腔，构成光纤珐珀传感 器，用于应变、温度、压力等参数的检测。这一类传感器性能好、重复性高， 适合于中高端产品，但加工系统造价高，不适合普及推广，而且加工过程需要 掩膜板与光纤精确对准，调节精度要求很高，很难低成本、大批量制作。化学 腐蚀方法具有低成本、重复性精度高等优点，适合大批量低成本制作光纤法珀 传感器。

发明内容

本发明所要解决的问题是：如何提供一种基于自聚焦效应的光纤法珀复合结 构传感器制作方法，该方法能大大提高现有光纤法珀传感器的性能，且成本低、 制作步骤简单。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种基于自聚焦效应的光纤 法珀复合结构传感器制作方法，包括以下步骤：

①将渐变折射率多模光纤涂覆层剥除，切割使其端面平整，采用微加工技 术在光纤端面制作一微孔，所述渐变折射率多模光纤纤芯的折射率径向分布满 足n₁为纤芯中心最大折射率，Δ为纤芯和包层的相对折射率 差，r₀为纤芯半径，α为折射率分布因子；

②利用光纤熔接机，将带微孔的渐变折射率多模光纤与切割后的单模光纤 熔接，形成一空气腔结构；

③将渐变折射率多模光纤的另一端切割，构成光纤法珀复合结构传感器； 切割后的渐变折射率多模光纤长度L必须满足L＝mp/4，m为正整数，p为渐变折 射率多模光纤的节距。

按照本发明所提供的基于自聚焦效应的光纤法珀复合结构传感器制作方 法，其特征在于，步骤①所述的微加工技术包括化学腐蚀方法、飞秒激光微加 工技术和准分子激光微加工技术。

按照本发明所提供的基于自聚焦效应的光纤法珀复合结构传感器制作方 法，其特征在于，所述步骤②中渐变折射率多模光纤与单模光纤熔接前，采用 预放电改善微加工制作的微孔底面，降低其透射和散射损耗。

本发明的有益效果是：本发明利用渐变折射率多模光纤的自聚焦效应，大 大降低了光纤法珀腔结构中的光传输损耗，同时提高光纤端面的反射率，提高 了光纤法珀复合结构传感器的反射光谱条纹对比度，从而提高折射率和温度的 测量灵敏度。该方法还具有成本低、制作步骤简单等优点。

附图说明

图1为腐蚀后的渐变折射率多模光纤的示意图；

图2为腐蚀后的渐变折射率多模光纤与单模光纤熔接的示意图；

图3为熔接后切割渐变折射率多模光纤的结构示意图；

图4为渐变折射率多模光纤长度为1/2节距时的光纤法珀复合结构传感器及 光束传输的几何光学示意图；

图5为渐变折射率多模光纤长度为3/4节距时的光纤法珀复合结构传感器及 光束传输的几何光学示意图；

图6为折射率和温度测量装置示意图；

图7为单模光纤端面、空气腔和光纤法珀复合结构传感器的反射光谱图；

图8为光纤法珀复合结构传感器的温度测量结果；

图9为光纤法珀复合结构传感器的折射率测量结果。

其中，1、渐变折射率多模光纤包层，2、渐变折射率多模光纤纤芯，3、微 孔，4、单模光纤包层，5、单模光纤纤芯，6、熔接机，7、空气腔，8、切割刀， 9、光谱分析仪，10、3dB耦合器，11、光纤法珀复合结构传感器，12、溶液，13、 温度计。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述：