專利名稱：一種光纖琺珀傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多參數(shù)測(cè)量光纖琺珀傳感器的設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著生物、醫(yī)學(xué)、能源、環(huán)境、航天航空、軍事等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)傳感器的微型化、輕量化、低能耗、耐惡劣環(huán)境能力等提出非常迫切的要求，微納傳感器已成為國(guó)際上的重大科技前沿?zé)狳c(diǎn)之一。激光微加工技術(shù)的迅猛發(fā)展為研究新一代微納光纖傳感器件提供了新的技術(shù)手段，因此如何應(yīng)用激光等現(xiàn)代微納加工技術(shù)在光纖上實(shí)現(xiàn)各種微納功能性傳感器器件是未來光纖傳感器發(fā)展的重要趨勢(shì)。在應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的測(cè)試環(huán)境，如航空 航天等領(lǐng)域，對(duì)傳感器在對(duì)高溫下的特性也提出了急迫的要求，如何解決傳感器在高溫下的測(cè)量是傳感器領(lǐng)域中的一個(gè)十分前沿和重大的科學(xué)課題。在高溫環(huán)境下，測(cè)量溫度參數(shù)具有同樣重要的意義，如何實(shí)現(xiàn)傳感器在測(cè)量指定參數(shù)的同時(shí)對(duì)溫度參數(shù)的測(cè)量也是傳感器領(lǐng)域中的一個(gè)十分前沿和重大的科學(xué)課題。在光纖傳感器中，作為溫度、加速度和壓力測(cè)量的傳感器主要是布拉格光纖光柵(Fiber Bragg Grating, FBG)和法拍(Fabry Perot, FP)腔干涉儀，F(xiàn)BG由于其溫度與其它被測(cè)量的交叉敏感性和在大應(yīng)變下光譜畸變使其應(yīng)用受到了較大的限制。琺珀傳感器由于溫度與其它被測(cè)量的交叉敏感性小的特點(diǎn)很適合溫度、加速度和壓力測(cè)量。本申請(qǐng)人之前在CN200810305317. O中提出了一種用激光加工可測(cè)量加速度和壓力的光纖琺珀傳感器，提供了一種光學(xué)性能好、量程可調(diào)的光纖琺珀傳感器FBG由于其溫度與其它被測(cè)量的交叉敏感性受到了較大的限制，所以單一 FBG傳感器無法實(shí)現(xiàn)溫度和其他參數(shù)的同時(shí)測(cè)量?，m珀傳感器由于溫度與其它被測(cè)量的交叉敏感性小的特點(diǎn)很適合溫度、加速度和壓力測(cè)量，但目前可實(shí)現(xiàn)溫度和其他參量同時(shí)測(cè)量的琺珀傳感器采用的是多個(gè)傳感器復(fù)用的方法，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型的一個(gè)目的是提供一種可以對(duì)溫度和壓力或者溫度和加速度同時(shí)測(cè)量的光纖法拍傳感器。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為一種光纖法拍傳感器，包括光纖和被接光纖，在所述光纖或/和被接光纖的端面設(shè)有微槽，所述光纖和被接光纖對(duì)接連接在一起，所述微槽形成FP腔，所述FP腔的光學(xué)發(fā)射面為平面，所述光纖琺珀傳感器的外端面加工成薄片，在所述薄片中間位置刻蝕出一個(gè)凸起的圓柱體。進(jìn)一步的,所述薄片的厚度小于60微米。進(jìn)一步的，所述圓柱體的厚度為10到30微米，直徑10到60微米。進(jìn)一步的，所述光纖和被接光纖是采用石英、聚合物、寶石或光子晶體材料制成的單?；蚨嗄９饫w。[0010]本實(shí)用新型的另一目的是提供一種上述光纖琺珀傳感器的制作方法，可以批量化制作各種量程的琺珀傳感器，具體包括如下步驟A.在光纖或/和被接光纖的端面加工微槽；B.將光纖和被接光纖的端面對(duì)接在一起，所述微槽形成空氣FP腔，所述FP腔的光學(xué)反射面是端面，該端面為第一個(gè)光學(xué)反射平面；C.將光纖或被接光纖切割一部分，使被切面形成光纖琺珀傳感器的外端面；D.在C步驟形成的端面加工一個(gè)圓柱體，該圓柱體即為實(shí)心琺珀腔，圓柱體外端面形成第二個(gè)光學(xué)反射面。進(jìn)一步的，步驟A所述的加工是采用激光加工、飛秒激光加工、粒子束刻或電子束刻蝕。·[0016]進(jìn)一步的，步驟B所述的對(duì)接采用激光熔接、電弧熔接、鍍膜對(duì)接或粘接。進(jìn)一步的，步驟C所述的切割是采用光加工、飛秒激光加工、粒子束刻蝕或電子束刻蝕。進(jìn)一步的，步驟D所述的加工是采用光加工、飛秒激光加工、粒子束刻蝕或電子束刻蝕。本實(shí)用新型的具體工作原理本實(shí)用新型的光纖琺珀傳感器的通過所形成的空氣琺珀腔端面受壓力或加速度的作用產(chǎn)生的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)壓力或加速度的測(cè)量，通過所形成的實(shí)心琺珀腔受溫度影響所產(chǎn)生的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型的光纖琺珀傳感器實(shí)現(xiàn)了傳感器的簡(jiǎn)單復(fù)用，即在一個(gè)傳感頭上制作出兩個(gè)不同的琺珀腔，通過這兩個(gè)不同的琺珀腔來實(shí)現(xiàn)雙參數(shù)測(cè)量，利用空氣腔對(duì)溫度不敏感的特性用其測(cè)量壓力或者加速的，同時(shí)利用實(shí)心腔對(duì)溫度的敏感特性實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量，通過相應(yīng)的解調(diào)方法可以得到溫度和壓力或者溫度和加速度的相關(guān)參數(shù)。本實(shí)用新型采用的激光加工、飛秒激光加工、粒子束刻或電子束刻蝕加工工藝對(duì)任何種類的光纖都實(shí)用，生產(chǎn)效率高，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制造。

圖I是實(shí)施例一、二、三中步驟2所形成的琺珀傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是實(shí)施例一、二、三中步驟3所形成的琺珀傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是實(shí)施例一中步驟4和實(shí)施例二、二中步驟5所形成的法拍傳感器不意圖；圖4是實(shí)施例二中步驟4所形成的琺珀傳感器結(jié)構(gòu)側(cè)面示意圖；圖5是實(shí)施例三中步驟4所形成的法拍傳感器結(jié)構(gòu)側(cè)面示意圖。附圖標(biāo)記說明1光纖，2空腔，3光纖，4琺珀諧振膜，5圓柱體，6雙臂，7單臂。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明。本實(shí)用新型的光纖琺珀傳感器，具體包括光纖和被接光纖，在所述光纖或/和被接光纖的端面設(shè)有微槽，所述光纖和被接光纖對(duì)接連接在一起，所述微槽形成FP腔，所述FP腔的光學(xué)發(fā)射面為平面，所述光纖琺珀傳感器的外端面加工成薄片，在所述薄片中間位置刻蝕出一個(gè)凸起的圓柱體。下面通過具體的制作過程對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。[0029]實(shí)施例一步驟I、分別在單模石英光纖I和光纖3的端面上用157激光器加工一個(gè)直徑為50微米的圓柱形微槽，槽深20微米；步驟2、將步驟I的光纖I和光纖3通過熔接機(jī)進(jìn)行焊接，形成微腔3，即光學(xué)琺珀腔，如圖I所示；步驟3、在步驟2形成的微腔3的外端面切割光纖，形成琺珀諧振膜4，其厚度為50微米，即在琺珀傳感器一端形成一薄片狀結(jié)構(gòu)，如圖2所示；步驟4、在步驟3中形成的琺珀諧振膜4的端面用157激光器加工一個(gè)直徑為60微米，厚度為20微米的圓柱體5，如圖3所示。上述傳感器可以作為溫度和壓力同時(shí)測(cè)量的傳感器，當(dāng)傳感器受到外界溫度和壓 力的作用時(shí)，受壓力作用琺珀諧振膜4發(fā)生變化，圓柱體5受溫度作用而變化，通過測(cè)試琺珀諧振膜4和圓柱體5相應(yīng)的變化就可以測(cè)出被測(cè)物理量。實(shí)施例二 步驟I、分別在單模石英光纖I和光纖3的端面上用157激光器加工一個(gè)直徑為50微米的圓柱形微槽，槽深20微米；步驟2、將步驟I的光纖I和光纖3通過熔接機(jī)進(jìn)行焊接，形成微腔3，即光學(xué)琺珀腔，如圖I所示；步驟3、在步驟2形成的微腔3的外端面切割光纖，形成琺珀諧振膜4，其厚度為50微米，如圖2所示；步驟4、在步驟3中形成的琺珀諧振膜4的端面用157激光器加工一個(gè)如圖4所示的結(jié)構(gòu)，即所述傳感器。中間圓柱體5的直徑為60微米，厚度為20微米，圓柱體兩邊為對(duì)稱的臂6，寬度為25微米，長(zhǎng)度為40微米。上述傳感器可以作為溫度和加速度同時(shí)測(cè)量的傳感器，當(dāng)傳感器受到外界溫度和加速度的作用時(shí)，受加速度作用琺珀諧振膜4發(fā)生變化，圓柱體5受溫度作用而變化，通過測(cè)試琺珀諧振膜4和圓柱體5相應(yīng)的變化就可以測(cè)出被測(cè)物理量。實(shí)施例三步驟I、分別在單模石英光纖I和光纖3的端面上用157激光器加工一個(gè)直徑為50微米的圓柱形微槽，槽深20微米；步驟2、將步驟I的光纖I和光纖3通過熔接機(jī)進(jìn)行焊接，形成微腔3，即光學(xué)琺珀腔，如圖I所示；步驟3、在步驟2形成的微腔3的外端面切割光纖，形成琺珀諧振膜4，其厚度為50微米，如圖2所示；步驟4、在步驟3中形成的琺珀諧振膜4的端面用157激光器加工一個(gè)如圖5所示的結(jié)構(gòu)，即形成所述傳感器。其中，中間的圓柱體5直徑為60微米，厚度為20微米，旁邊的單臂7寬度為25微米，長(zhǎng)度為40微米。上述傳感器可以作為溫度和加速度同時(shí)測(cè)量的傳感器，當(dāng)傳感器受到外界溫度和加速度的作用時(shí)，受加速度作用琺珀諧振膜4發(fā)生變化，圓柱體5受溫度作用而變化，通過測(cè)試琺珀諧振膜4和圓柱體5相應(yīng)的變化就可以測(cè)出被測(cè)物理量。相對(duì)于雙臂結(jié)構(gòu)，此單臂結(jié)構(gòu)在測(cè)量加速度時(shí)更為靈敏。[0047]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本實(shí)用新型的原理，應(yīng)被理解為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本實(shí)用新型公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本實(shí)用 新型實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種光纖琺珀傳感器，包括光纖和被接光纖，在所述光纖或/和被接光纖的端面設(shè)有微槽，所述光纖和被接光纖對(duì)接連接在一起，所述微槽形成FP腔，所述FP腔的光學(xué)發(fā)射面為平面，所述光纖琺珀傳感器的外端面加工成薄片，在所述薄片中間位置刻蝕出一個(gè)凸起的圓柱體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光纖琺珀傳感器，其特征在于，所述薄片的厚度小于60微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光纖琺珀傳感器，其特征在于，所述圓柱體的厚度為10到30微米，直徑10到60微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光纖琺珀傳感器，所述光纖和被接光纖是采用石英、聚合物、寶石或光子晶體材料制成的單?；蚨嗄９饫w。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種光纖琺珀傳感器，所述的傳感器包括光纖和被接光纖，在所述光纖或/和被接光纖的端面設(shè)有微槽，所述光纖和被接光纖對(duì)接連接在一起，所述微槽形成FP腔，所述FP腔的光學(xué)發(fā)射面為平面，所述光纖琺珀傳感器的外端面加工成薄片，在所述薄片中間位置刻蝕出一個(gè)凸起的圓柱體。本實(shí)用新型的光纖琺珀傳感器實(shí)現(xiàn)了傳感器的簡(jiǎn)單復(fù)用，即在一個(gè)傳感頭上制作出兩個(gè)不同的琺珀腔，通過這兩個(gè)不同的琺珀腔來實(shí)現(xiàn)雙參數(shù)測(cè)量，利用空氣腔對(duì)溫度不敏感的特性用其測(cè)量壓力或者加速的，同時(shí)利用實(shí)心腔對(duì)溫度的敏感特性實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量。
文檔編號(hào)G01P15/03GK202748041SQ20122048219
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月20日
發(fā)明者冉曾令, 李成, 陳怡 , 左紅梅, 王彥君, 柳珊 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)