一種光纖圓球微腔濕敏傳感技術(shù)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種光纖圓球微腔濕敏傳感技術(shù)，即在加工好的圓球微腔的條件下實(shí)現(xiàn)微腔與錐形光纖的耦合。得到?jīng)]有水蒸氣(或者水蒸氣含量很少)的條件下的傳播光譜。然后再在相同耦合條件下(相同耦合距離、相同尺寸的微腔)進(jìn)行水蒸氣測試。得到兩組不同的譜信號(hào)，從而用來探測環(huán)境濕度。
【專利說明】一種光纖圓球微腔濕敏傳感技術(shù)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制作圓球微腔來對(duì)氣室水蒸氣進(jìn)行傳感測試。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來，光學(xué)微腔以其極高的品質(zhì)因數(shù)，在高靈敏傳感器等研究領(lǐng)域具有很強(qiáng)的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。圓球微腔中光是按照“回音壁”模式傳播的。基于此傳播模式的微腔是一種相當(dāng)成功的高Q值微型腔。光波在腔內(nèi)彎曲界面?zhèn)鞑r(shí)，會(huì)發(fā)生全反射，從而形成了沿界面半波長范圍內(nèi)傳播的高Q值的模式，稱之為回音壁模式。也正因?yàn)槿绱?，腔?nèi)的能量只有很小的一部分會(huì)泄露出腔體之外造成損失。因此，光學(xué)圓球微腔有很高的品質(zhì)因數(shù)。
[0003]光波進(jìn)入到圓球微腔是以一種“倏逝波”的方式傳播進(jìn)入到微腔的。倏逝波的產(chǎn)生可利用多種耦合器，例如:耦合棱鏡、側(cè)拋光線等等。錐形光纖作為一種便于加工的高效率的耦合器件，得到了廣泛的應(yīng)用。錐形光纖的加工采用熔融拉錐的辦法制備得到。耦合過程中的倏逝波傳播很容易受到周圍環(huán)境的影響，特別是對(duì)水蒸氣敏感。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明了一種基于圓球微腔的濕敏傳感技術(shù)，并在加工好圓球微腔后，實(shí)現(xiàn)微腔與錐形光纖的耦合，通過光譜變化來探測環(huán)境濕度。
【具體實(shí)施方式】
[0005]由于水分子對(duì)1550nm通訊波段的紅外光波具有較高的吸收效率，因此在激發(fā)光源上選擇可調(diào)諧的美國NEW-F0CUS公司的TLB-6328可調(diào)諧激光器，可調(diào)諧的波長范圍1520 ~1570nmo
[0006]實(shí)現(xiàn)錐型光纖的對(duì)準(zhǔn)，即把兩個(gè)耦合用的錐型光纖對(duì)接，實(shí)現(xiàn)兩者之間的光波傳導(dǎo)。其中一個(gè)作為輸入通道，一個(gè)作為輸出通道。用高精度三維平移臺(tái)固定輸入通道，把輸出通道固定在三維壓電驅(qū)動(dòng)的微位移調(diào)節(jié)臺(tái)上。輸入通道的另外一端接激光器。輸出通道的另外一端輸出到功率計(jì)探頭。具體操作如下:
[0007]打開激光器后，調(diào)節(jié)激光器的輸出功率為25 μ w并用功率計(jì)測試后記錄此數(shù)值(約為18 μ W)。然后調(diào)整控制輸出通道的錐形光纖的錐區(qū)靠近輸入通道錐型光纖的錐區(qū)，并上下左右不斷調(diào)試兩者之間的距離。此時(shí)，把輸出通道的輸出端對(duì)準(zhǔn)功率計(jì)探頭，并繼續(xù)通過三維壓電驅(qū)動(dòng)的微位移調(diào)節(jié)臺(tái)對(duì)輸出通道進(jìn)行位置調(diào)節(jié)。通過讀取功率計(jì)顯示數(shù)據(jù)判斷兩錐型光纖是否對(duì)準(zhǔn)。通過精確調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)兩者較為理想的通光，得到的最佳的輸出功率為12μ?。整個(gè)的調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)是在光學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)的觀測下完成的。此時(shí)，固定系統(tǒng)，不再對(duì)兩個(gè)錐型光纖進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0008]把圓球微腔的基片固定在自制的夾具上，并連同整個(gè)夾具固定在另外一個(gè)三維壓電驅(qū)動(dòng)的微位移調(diào)節(jié)臺(tái)上。在監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測下靠近步驟I中搭建好的兩個(gè)相對(duì)的錐型光纖的錐區(qū)，其目的就是為了實(shí)現(xiàn)基于“倏逝波”的耦合。[0009]在監(jiān)測系統(tǒng)的觀察下盡量讓圓球微腔接近錐區(qū)。然后設(shè)定可調(diào)激光器的掃描范圍:1530nm?1560nm,掃描速度為0.005nm/s。之后執(zhí)行掃描,在不同量水蒸氣環(huán)境下觀測用Iibview采樣獲得的譜線。
[0010]在相同的耦合系統(tǒng)的條件下，在設(shè)定了相同的激勵(lì)方式(激光掃描)下，由于圓球微腔處于不同的環(huán)境下(有無水蒸氣)將導(dǎo)致透射光譜發(fā)生變化。因此，可以通過透射光譜的變化來測試有無水蒸氣。而且這種變化是明顯的，光學(xué)儀器很容易就能探測出來。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為傳感器光纖部分與圓球微腔部分照片(錐形光纖精準(zhǔn)耦合對(duì)接)
[0012]圖2為錐形光纖精準(zhǔn)耦合對(duì)接設(shè)計(jì)圖
[0013]圖3為兩個(gè)錐形光纖尖頭對(duì)接后加載圓球微腔形成濕敏傳感器的整體設(shè)計(jì)圖
[0014]圖4為加載了圓球微腔的光纖對(duì)接傳感器整體照片。
【權(quán)利要求】
1.先仿真軟件選擇BeamPROP軟件，在實(shí)驗(yàn)之前先用軟件仿真。 然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。在加工好的圓球微腔的條件下實(shí)現(xiàn)微腔與錐形光纖的耦合。得到?jīng)]有水蒸氣(或者水蒸氣含量很少)的條件下的傳播光譜。然后與在相同耦合條件下(相同耦合距離、相同尺寸的微腔)進(jìn)行有水蒸氣測試。得到兩組不同的譜信號(hào)，由此精確探測水蒸氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述圓球微腔制備是通過光纖自己加工的直徑在150?250μ m的球腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備有: 激光器:美國NEW-FO⑶S公司的TLB-6328可調(diào)諧激光器，可調(diào)諧的波長范圍1520?1570nmo 紅外CCD:C0NT0UR-1R型近紅外CCD。 單錐光纖:Crystal Fibre公司提供的單錐光纖。 功率計(jì):Newport 1830C功率計(jì)。 實(shí)驗(yàn)監(jiān)測系統(tǒng)(包括放大鏡頭和(XD)。 有機(jī)玻璃防塵罩。 Libview信號(hào)處理系統(tǒng)。 一定數(shù)量的普通單模光纖和若干三維調(diào)整臺(tái)和三維壓電驅(qū)動(dòng)的微位移調(diào)節(jié)臺(tái)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)步驟: 把圓球微腔的基片固定在自制的夾具上，并連同整個(gè)夾具固定在另外一個(gè)三維壓電驅(qū)動(dòng)的微位移調(diào)節(jié)臺(tái)上。在監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測下靠近搭建好的兩個(gè)相對(duì)的錐型光纖的錐區(qū)，其目的就是為了實(shí)現(xiàn)基于“倏逝波”的耦合。具體操作如下: 首先在監(jiān)測系統(tǒng)的觀察下盡量讓圓球微腔接近錐區(qū)。然后設(shè)定可調(diào)激光器的掃描范圍:1530nm?1560nm，掃描速度為0.005nm/s。之后執(zhí)行掃描，觀測用Iibview采樣獲得的譜線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述錐型光纖的對(duì)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)過程: 把兩個(gè)耦合用的錐型光纖對(duì)接，實(shí)現(xiàn)兩者之間的光波傳導(dǎo)。其中一個(gè)作為輸入通道，一個(gè)作為輸出通道。用高精度三維平移臺(tái)固定輸入通道，把輸出通道固定在三維壓電驅(qū)動(dòng)的微位移調(diào)節(jié)臺(tái)上。輸入通道的另外一端接激光器。輸出通道的另外一端輸出到功率計(jì)探頭。 打開激光器后，調(diào)節(jié)激光器的輸出功率為25 μ W，并用功率計(jì)測試后記錄此數(shù)值(約為18μ w)。然后調(diào)整控制輸出通道的錐形光纖的錐區(qū)靠近輸入通道錐型光纖的錐區(qū)，并上下左右不斷調(diào)試兩者之間的距離。此時(shí)，把輸出通道的輸出端對(duì)準(zhǔn)功率計(jì)探頭，并繼續(xù)通過三維壓電驅(qū)動(dòng)的微位移調(diào)節(jié)臺(tái)對(duì)輸出通道進(jìn)行位置調(diào)節(jié)。通過讀取功率計(jì)顯示數(shù)據(jù)判斷兩錐型光纖是否對(duì)準(zhǔn)。通過精確調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)兩者較為理想的通光，得到的最佳的輸出功率為12μ W。整個(gè)的調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)是在光學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)的觀測下完成的。此時(shí)，固定系統(tǒng)，不再對(duì)兩個(gè)錐型光纖進(jìn)行調(diào)節(jié)。
【文檔編號(hào)】G01N21/39GK103575697SQ201210288423
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月5日
【發(fā)明者】葛羽屏, 朱詠梅, 楊瑩, 顧曉清 申請(qǐng)人:葛羽屏, 朱詠梅, 顧曉清