光纤温度传感器及其硫化镉薄膜的制备方法技术

技术编号:16600732 阅读:83 留言:0更新日期:2017-11-22 12:05
本发明专利技术提供一种光纤温度传感器硫化镉薄膜的制备方法,包括如下步骤:将光纤固定于插芯后,将所述光纤的裸露端面打磨;镀膜:将硫脲、硫酸镉和氨水按照质量‑体积比为5.694g:0.184g:45mL混合溶于去离子水中形成反应液;然后将所述裸露端面插入所述反应液中,利用化学水浴法在温度为65℃,反应9min,完成一次硫化镉薄膜的镀膜;重复所述镀膜步骤至n次,获得沉积有n+1层硫化镉薄膜的裸露端面,n为大于0的自然数;将经过所述重复镀膜步骤获得的光纤在200℃温度下退火处理。本发明专利技术采用化学水浴法镀硫化镉薄膜,这种方法可使硫化镉膜与光纤端面紧密结合,且镀膜厚度可控。

Optical fiber temperature sensor and preparation method of cadmium sulfide film

The invention provides a preparation method of cadmium sulfide thin film optical fiber temperature sensor, which comprises the following steps: the fiber ferrule is fixed on the end surface, the bare fiber polishing; coating: thiourea, cadmium sulfate and ammonia in accordance with the quality volume ratio of 5.694g:0.184g:45mL mixed solvent to form a reaction solution in deionized water; then the exposed end is inserted into the reaction liquid, using chemical bath deposition method at the temperature of 65 DEG C, reaction 9min, coating a cadmium sulfide film; the coating steps to repeat n times, get the bare end deposited n+1 layer of cadmium sulfide thin film, n is a natural number more than 0; the after the repeated fiber coating step obtained by annealing in 200 deg. The cadmium sulfide film is prepared by chemical water bath method, which can make the cadmium sulfide film close to the end of the optical fiber, and the coating thickness can be controlled.

【技术实现步骤摘要】
光纤温度传感器及其硫化镉薄膜的制备方法
本专利技术涉及传感器
,尤其是传感器的温度调解系统。
技术介绍
光纤温度传感器有着其它温度传感器不可比拟的优点,具备抗电磁干扰、耐高温、耐高电压、耐化学腐蚀及低损耗等特点,因此广泛用于高直流电场、强磁场、强的高频场、微波场等恶劣环境中。目前国内外光纤温度传感器的研究内容主要集中在有三个方面:一是对温度敏感材料的研究,更多的半导体材料被应用到光纤温度传感器上;二是系统结构和调制技术的研究;三是产品化实用化的研究,即从实际应用出发,对能满足特定要求、适用于特定场合的温度传感器的研究。但在目前的研究成果中,光纤温度传感器的制作工艺复杂,成本较高,因此在本专利技术中介绍了一种更精确、更稳定,且制作工艺简单的光纤温度传感器。CN201110459236.8一种光纤温度传感器探头装置,其设计了一种光纤温度传感器的探头结构,其特征在于传导光纤一端的纤芯及包层用陶瓷插针固定,传导光纤纤芯端面、包层端面及陶瓷插针端面在同一平面上,可在该平面上镀硅、锗、砷化镓等半导体薄膜。CN201020188165.3一种反射式双层膜光纤温度传感器探头,其设计了一种反射式双层光纤温度传感器,其特征在于,在光纤外粘结陶瓷插针,将光纤和陶瓷插针端头作为传感器探头,并在光纤和陶瓷插针的端面镀双层薄膜。陶瓷插针与光纤紧密粘结,而且两者端面抛光对齐。光纤和陶瓷插针端面镀的第一层薄膜使用半导体锗材料。光纤和陶瓷插针端面镀的第二层薄膜使用低折射率材料,优先使用二氧化硅材料。锗薄膜与光纤和陶瓷插针致密结合构成一种反射式温度传感器。CN201010154666.4一种反射式光纤温度传感器,其公开了一种温度传感器,尤其是一种半导体反射型光纤温度传感器,其特征在于包括光纤,半导体膜层,陶瓷插针。将光纤纤芯插入陶瓷插针,使纤芯端面和陶瓷插针端面在同一平面内,采用镀膜技术将半导体膜层镀到该平面上,镀膜技术使半导体膜层和光纤连接紧密,不受外界压力、振动等影响半导体的折射率,使得测温精度大大提高;陶瓷插针可以固定光纤纤芯,同时增大了半导体膜层的面积,使半导体膜层和光纤紧密接触。在镀膜的陶瓷插针外面封装一个陶瓷套筒。赵勇、荣民《基于半导体吸收原理的光纤温度传感器研究》,在本文中提出了一种砷化镓透射式结构的光纤温度传感器,其结构类似于光纤通信中使用的FC连接器,把砷化镓片粘接在两个插针之间,光纤分别插入两根插针,用套管把插针固定,保证入射光纤、出射光纤与砷化镓片在一条直线上,套管起固定和导热的作用。王玉田《光电子学与光纤传感技术》中提出了一种砷化镓反射式温度传感器的结构,其特征是将光纤插入插针,入射光纤和出射光纤共用一根光纤,砷化镓芯片一面镀增透膜,一面镀反射膜,将镀有增透膜的一面与插针粘接,然后用金属外壳将整个探头包裹。入射光纤的光透过GaAs片后在涂有反射膜的端面发生反射,又透过GaAs片后经出射光纤返回。现有技术的缺点:(1)采用硅、锗等半导体材料做温度敏感材料,由于这些材料都是间接带隙半导体材料,它的光吸收系数要比直隙半导体材料小很多,不具备优良的光吸收性能。(2)采用砷化镓、锗作为温度传感材料从现有技术方案来看,通过粘接的方式固定到光纤端面,其镀膜、切割和封装工艺复杂。(3)采用的温度解调系统成本较高。
技术实现思路
为了克服现有技术问题,本专利技术提供一种光纤温度传感器硫化镉薄膜的制备方法,包括如下步骤:将光纤固定于插芯后,将所述光纤的裸露端面打磨;镀膜:将硫脲、硫酸镉与氨水混合溶于去离子水中形成反应液;所述硫脲、硫酸镉的物质的量比为12~110:1;所述氨水体积为40~50mL;然后将所述裸露端面插入所述反应液中,利用化学水浴法在温度为60~70℃,完成一次硫化镉薄膜的镀膜;重复镀膜:重复所述镀膜步骤至n次,获得沉积有n+1层硫化镉薄膜的裸露端面,n为大于0的自然数;将经过所述重复镀膜步骤获得的光纤在180~220℃温度下退火处理。进一步地,所述硫脲、硫酸镉分别配成硫脲水溶液、硫酸镉水溶液;所述氨水先与所述硫酸镉水溶液混合,再与所述硫脲水溶液一并溶于所述去离子水中形成反应液。进一步地,所述氨水的质量分数为28%-35%。进一步地,所述n为0~5。本专利技术还提供利用上述硫化镉薄膜制备这种光纤温度传感器,其依次包括:入射光纤、硫化镉薄膜以及出射光纤。另一种光纤温度传感器依次包括:入射、出射共用光纤、硫化镉薄膜以及反射膜。有益效果:(1)采用硫化镉作为温度敏感材料,对可见光波段光吸收性能好,当光子能量大于其禁带宽度能量时,对光的吸收系数会陡然上升。(2)采用化学水浴法镀硫化镉薄膜,这种方法可使硫化镉膜与光纤端面紧密结合,且镀膜厚度可控。(3)稳定性、准确性更高,直接在传导光纤的端面上镀膜,消除了传统光纤温度传感器端面粘贴半导体片易受环境影响的缺陷。(4)成本低,光纤温度传感器的镀膜和制作工艺都很简单,便于规模化生产。附图说明图1(a)(b)(c)分别为本专利技术实施例1~3获得的硫化镉薄膜扫描电镜图。图2为本专利技术实施例4~8获得硫化镉薄膜透射率谱线图。图3为本专利技术获得透射式硫化镉光纤温度传感器结构示意图。图4为本专利技术获得反射式硫化镉光纤温度传感器结构示意图。具体实施方式下面,将结合附图对本专利技术实施例做详细介绍。本专利技术提供一种光纤温度传感器的硫化镉薄膜制备方法,采用CBD(化学水浴法)制备硫化镉薄膜,这种方法设备简单,能够实现批量镀膜,生长的薄膜质量好,而且可实现单次、多次或连续淀积,因此对于生长薄膜的厚度是可控的。制备硫化镉薄膜的化学反应机理是:基于硫脲在含镉盐的碱性溶液中分解、沉积硫化镉薄膜。沉积后在200℃的高温箱退火,使薄膜更均匀更致密更平整。具体步骤包括:步骤S1:固定光纤用光纤插芯固定光纤,在插芯内注入耐高温、可溶解的胶水,固化胶水,使光纤与插芯紧密固定不松动。步骤S2:研磨光纤在固化之后使用光纤研磨机打磨、抛光光纤的裸露端面,使光纤裸露端面与插芯端面在同一平面上。裸露端面研磨之后在光纤端面检测仪上检查裸露端面和插芯端面是否平整,只有平整对齐的表面才能保证镀膜时硫化镉薄膜与光纤致密结合。步骤S3:在光纤裸露端面镀膜采用前面化学水浴法在光纤裸露端面与插芯对齐的端面镀硫化镉薄膜,镀膜实施方法如下:(1)取一定质量的硫脲溶于去离子水中,编号溶液A;(2)取一定质量的硫酸镉溶于去离子水中,编号溶液B;(3)量取40~50mL、质量分数为28%-35%的氨水,加到溶液B中搅拌,编号溶液C;(4)量取一定体积去离子水倒入反应器,然后将溶液A和溶液C倒入反应器混合形成反应液,将光纤的裸露端面一端浸没在反应液中。将反应器放入水浴锅中,设置反应温度为60~70℃,反应时间为9min,至此,一次镀膜完成;(5)通过重复上述步骤,可在端面多次镀膜,不同的镀膜次数可以得到不同的薄膜厚度;(6)反应后在180~220℃的高温箱中退火1h,使获得的更致密,更均匀。根据上述制备方法,本专利技术分别进行了8个实施例,反应参数如表1所示:表1实施例1~8的反应参数(接上表)实施例1~8均实现了硫化镉薄膜的沉积。其中,实施例1、实施例2、实施例3获得硫化镉薄膜的扫描电镜图分别参考图1(a)(b)(c)所示,由图1可知,实施例1获得的硫化镉薄膜分本文档来自技高网
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光纤温度传感器及其硫化镉薄膜的制备方法

【技术保护点】
一种光纤温度传感器硫化镉薄膜的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:将光纤固定于插芯后,将所述光纤的裸露端面打磨;镀膜:将硫脲、硫酸镉与氨水混合溶于去离子水中形成反应液;所述硫脲、硫酸镉的物质的量比为12~110:1;所述氨水体积为40~50mL;然后将所述裸露端面插入所述反应液中,利用化学水浴法在温度为60~70℃,完成一次硫化镉薄膜的镀膜;重复镀膜:重复所述镀膜步骤至n次,获得沉积有n+1层硫化镉薄膜的裸露端面,n为大于0的自然数;将经过所述重复镀膜步骤获得的光纤在180~220℃温度下退火处理。

【技术特征摘要】
1.一种光纤温度传感器硫化镉薄膜的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:将光纤固定于插芯后,将所述光纤的裸露端面打磨;镀膜:将硫脲、硫酸镉与氨水混合溶于去离子水中形成反应液;所述硫脲、硫酸镉的物质的量比为12~110:1;所述氨水体积为40~50mL;然后将所述裸露端面插入所述反应液中,利用化学水浴法在温度为60~70℃,完成一次硫化镉薄膜的镀膜;重复镀膜:重复所述镀膜步骤至n次,获得沉积有n+1层硫化镉薄膜的裸露端面,n为大于0的自然数;将经过所述重复镀膜步骤获得的光纤在180~220℃温度下退火处理。2.根据权利要求1所述光纤温度传感器硫化镉薄膜的制备方法,...

【专利技术属性】
技术研发人员:董玉明岳孟果杨春雷冯丽丽焦国华鲁远甫罗阿郁吕建成
申请(专利权)人:深圳先进技术研究院
类型:发明
国别省市:广东,44

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