光纤传感器及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种光纤传感器，所述光纤传感器包括第一光纤部、第二光纤部和拉锥部，所述第一光纤部、所述第二光纤部和所述拉锥部为同一根微纳光纤的不同部分；其中，所述拉锥部位于所述第一光纤部和所述第二光纤部之间，其包括微纳光纤包层和形成在所述微纳光纤包层内部的光纤微腔结构，所述光纤微腔结构沿所述拉锥部的延伸方向，且其两端分别与所述第一光纤部的纤芯和所述第二光纤部的纤芯相对准；并且，所述拉锥部还包括至少一个微流体通道，所述微流体通道与所述光纤微腔结构相连通，并且延伸到所述微纳光纤包层的外表面。本发明专利技术还提供一种所述光纤传感器的制作方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤检测技术，特别地，涉及一种光纤传感器及其制作方法。
技术介绍
光纤传感器由于具有体积小、质量轻、耐腐蚀、抗电磁干扰能力强并且易于进行分布式多参量同时测量的优点，被广泛应用于航空航天、石油、化工、电力等诸多领域。集成化、智能化、网络化是光纤传感器的发展趋势，而高性能化和微型化是光纤传感器上述趋势的基础。例如，在生物医学领域，需要利用灵敏度高、尺寸小的光纤传感探头对微小或难以测量的部位(如血管、头盖骨等)进行微创检测。在航空航天领域，一般则需要数百个光纤传感器监测飞机的应变、温度、振荡、起落驾驭、超声波场和加速度情况，因此光纤传感器的尺寸要尽可能小，以减少飞行器重量及能源消耗，延长飞行时间。此外，在工业及智能服装领域也需要将光纤传感嵌入复合材料内部测量温度、应变等参量，这些都对光纤传感器的灵敏度、精度和尺寸提出了更高要求。微纳光纤传感技术正是应上述需求而快速发展起来的新型光纤传感方法。其中，干涉型微纳光纤传感器通过探测干涉条纹移动来实现对外界介质特性改变的测量，具有较高的灵敏度及响应速度，因受到越来越多的关注。近年来，业界在低折射率衬底上分别用氧化硅和碲酸盐玻璃微纳光纤成功研制了微纳光纤马赫-曾德尔干涉仪(Microfiber-based Mach-Zehnder Interferometer,MMZI)，并且基于上述MMZI制作出折射率传感器、电流传感器、氨气传感器和压力传感器
等一系列的干涉型微纳光纤传感器。尽管目前对干涉型微纳光纤传感器的研究取得了一些进展，不过，现有的干涉型微纳光纤传感器一般需要通过两根微纳光纤熔接而成，基于单根微纳光纤的干涉型微纳光纤传感方面的工作很少，成果非常有限。为了进一步提高干涉型微纳光纤传感器的灵敏度并优化其尺寸，迫切需要研究基于单根微纳光纤干涉的传感技术及其制作方法，进一步满足光纤传感器高性能化及微型化发展需要。
技术实现思路
本专利技术的其中一个目的是为了改进现有技术的上述缺陷而提供了一种光纤传感器；本专利技术的另一个目的是提供一种采用所述光纤传感器的制作方法。本专利技术提供的光纤传感器，包括第一光纤部、第二光纤部和拉锥部，所述第一光纤部、所述第二光纤部和所述拉锥部为同一根微纳光纤的不同部分；其中，所述拉锥部位于所述第一光纤部和所述第二光纤部之间，其包括微纳光纤包层和形成在所述微纳光纤包层内部的光纤微腔结构，所述光纤微腔结构沿所述拉锥部的延伸方向，且其两端分别与所述第一光纤部的纤芯和所述第二光纤部的纤芯相对准；并且，所述拉锥部还包括至少一个微流体通道，所述微流体通道与所述光纤微腔结构相连通，并且延伸到所述微纳光纤包层的外表面。在本专利技术提供的光纤传感器的一种较佳实施例中，所述拉锥部包括两个微流体通道，所述两个微流体通道分别形成在所述拉锥部与所述第一光纤部和所述第二光纤部的连接处。在本专利技术提供的光纤传感器的一种较佳实施例中，所述微流体通道采用单侧流通方式，其从所述光纤微腔结构的其中一侧边缘垂直延伸到所述微纳光纤包层的外表面。在本专利技术提供的光纤传感器的一种较佳实施例中，所述微流体通道采用上下流通方式，其从所述光纤微腔结构的其中一侧边缘分别垂直延伸到所述微纳光纤包层上下两侧的外表面。在本专利技术提供的光纤传感器的一种较佳实施例中，所述第一光纤部用于接收检测光，且所述检测光经过所述第一光纤部传输之后分成第一路检测光和第二路检测光，所述第一路检测光经过所述拉锥部的微纳光纤包层传输到所述第二光纤部，而所述第二路检测光经过所述拉锥部的光纤微腔结构传输到所述第二光纤部，且与所述第一路检测光相互叠加并产生干涉；其中所述光纤传感器通过检测所述第二光纤部输出的干涉信号的相位和强度变化来实现对待测量进行检测。本专利技术提供的光纤传感器的制作方法，用于制作如上所述的光纤传感器，所述光纤传感器的制作方包括：通过拉锥方式在单根微纳光纤形成第一光纤部、第二光纤部和拉锥部；在所述微纳光纤的拉锥部制作出至少一个微流体通道，所述微流体通道从所述拉锥部的微纳光纤包层外表面延伸到其内部；利用飞秒激光加工方式在所述拉锥部内部形成光纤微腔结构，所述光纤微腔结构与所述微流体通道相连通，且在加工过程中所述光纤微腔结构的碎屑通过辅助液体从所述微流体通道流出。本专利技术提供的光纤传感器的制作方法的一种较佳实施例中，所述利用飞秒激光加工方式在所述拉锥部内部形成光纤微腔结构包括：提供一个位移平台，所述位移平台包括收容有辅助液体的收容槽，且所述收容槽的底部设置有固定装置；将具有所述微纳光纤浸泡于所述辅助液体，并采用所述微流体通道开口朝下的方式固定在所述固定装置；利用飞秒激光器向所述微纳光纤的拉锥部内部进行飞秒激光微加工处理，从而在所述拉锥部内部制作出所述光纤微腔结构。本专利技术提供的光纤传感器的制作方法的一种较佳实施例中，所述飞秒激光器采用径向扫描和横向扫描相叠加的扫描方式对所述拉锥部的内部进行飞秒激光微加工处理。本专利技术提供的光纤传感器的制作方法的一种较佳实施例中，所述微纳光纤的拉锥部两端与所述第一光纤部和所述第二光纤部的连接处分别形成有微流体通道。本专利技术提供的光纤传感器的制作方法的一种较佳实施例中，所述
飞秒激光器从所述微纳光纤的拉锥部两端的微流体通道开始，以直径逐渐减小的螺旋状扫描方式对所述拉锥部的内部进行飞秒激光扫描。本专利技术提供的光纤传感器通过将所述拉锥部内部的纤芯完全移除来形成所述光纤微腔结构，从而可以使得检测光在经过所述微纳光纤包层和所述光纤微腔结构产生干涉，实现对待测参数的检测。相较于现有技术，本专利技术提供的光纤传感器可以实现基于单根微纳光纤制作而成的干涉型传感器，从而满足光纤传感器的高性能化和微型化的需求。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：图1是本专利技术提供的光纤传感器一种实施例的结构示意图；图2是本专利技术提供的光纤传感器另一种实施例的结构示意图；图3是本专利技术提供的光纤传感器的制作方法一种实施例的流程示意图；图4是图3所示的光纤传感器的制作方法的飞秒激光加工示意图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，其是本专利技术提供的光纤传感器一种实施例的结构示意图，所述光纤传感器100为基于单根微纳光纤制作而成的光纤传感器，其包括第一光纤部110、第二光纤部120和拉锥部130。其中，
所述第一光纤部110、所述第二光纤部120和所述拉锥部130为同一根光纤的不同部分。在本实施例中，所述拉锥部130可以通过拉锥方式形成于所述第一光纤部110和所述第二光纤部120之间，因此其直径小于所述第一光纤部110和所述第二光纤部120的直径，且所述第一光纤部110和所述第二光纤部120可以均为单模光纤。所述第一光纤部110包括第一纤芯111和包覆所述第一纤芯111的第一光纤包层111；所述第二光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤传感器，其特征在于，包括第一光纤部、第二光纤部和拉锥部，所述第一光纤部、所述第二光纤部和所述拉锥部为同一根微纳光纤的不同部分；其中，所述拉锥部位于所述第一光纤部和所述第二光纤部之间，其包括微纳光纤包层和形成在所述微纳光纤包层内部的光纤微腔结构，所述光纤微腔结构沿所述拉锥部的延伸方向，且其两端分别与所述第一光纤部的纤芯和所述第二光纤部的纤芯相对准；并且，所述拉锥部还包括至少一个微流体通道，所述微流体通道与所述光纤微腔结构相连通，并且延伸到所述微纳光纤包层的外表面。

【技术特征摘要】
1.一种光纤传感器，其特征在于，包括第一光纤部、第二光纤部和拉锥部，所述第一光纤部、所述第二光纤部和所述拉锥部为同一根微纳光纤的不同部分；其中，所述拉锥部位于所述第一光纤部和所述第二光纤部之间，其包括微纳光纤包层和形成在所述微纳光纤包层内部的光纤微腔结构，所述光纤微腔结构沿所述拉锥部的延伸方向，且其两端分别与所述第一光纤部的纤芯和所述第二光纤部的纤芯相对准；并且，所述拉锥部还包括至少一个微流体通道，所述微流体通道与所述光纤微腔结构相连通，并且延伸到所述微纳光纤包层的外表面。2.如权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于，所述拉锥部包括两个微流体通道，所述两个微流体通道分别形成在所述拉锥部与所述第一光纤部和所述第二光纤部的连接处。3.如权利要求2所述的光纤传感器，其特征在于，所述微流体通道采用单侧流通方式，其从所述光纤微腔结构的其中一侧边缘垂直延伸到所述微纳光纤包层的外表面。4.如权利要求2所述的光纤传感器，其特征在于，所述微流体通道采用上下流通方式，其从所述光纤微腔结构的其中一侧边缘分别垂直延伸到所述微纳光纤包层上下两侧的外表面。5.如权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于，所述第一光纤部用于接收检测光，且所述检测光经过所述第一光纤部传输之后分成第一路检测光和第二路检测光，所述第一路检测光经过所述拉锥部的微纳光纤包层传输到所述第二光纤部，而所述第二路检测光经过所述拉锥部的光纤微腔结构传输到所述第二光纤部，且与所述第一路检测光相互叠加并产生干涉；其中所述光纤传感器通过检测所述第二光纤部输出的干涉信号的相位和强度变化来实现对待测量进行检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：王闵，陈全，许明耀，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42