基于光纤拉锥结合化学腐蚀制备光纤F‑P传感器的方法技术

本发明专利技术提供了一种基于光纤拉锥结合化学腐蚀制备光纤F‑P应变传感器的方法，通过拉锥结合化学腐蚀方法制备光纤上的F‑P微结构，来实现物理量的测量，拉锥后的光纤的纤芯和包层变细，测量应变时测量腔长变化会更明显，进而灵敏度更高，适合高精度测量；在锥形结构上又构造出F‑P结构会使传感灵敏度进一步提高。本发明专利技术制备的光纤F‑P应变传感器器件的结构简单，稳定性可靠，并可以根据要求制备不同腔长的器件，制备方法简便，其中拉锥和化学腐蚀技术成本较低，重复性高，易于实现器件的批量加工。

A fiber taper method combined with chemical etching preparation of optical fiber F sensor based on P

The invention provides a fiber taper with chemical etching method to fabricate fiber strain sensor based on P F, by tapering combined with chemical etching method for preparation of micro structure fiber on F P, to achieve the measurement of physical quantity, the taper of the fiber core and cladding became fine and measured the amount of strain measurement of cavity length change will be more obvious, and higher sensitivity, suitable for high precision measurement; the conical structure and construct F P structure will make further improve sensitivity. The preparation method of the fiber F P strain sensor device has the advantages of simple structure, reliable stability, and can be prepared according to the requirements of different devices, the length of the cavity, the preparation method is simple, the taper and chemical etching technology with low cost, high repeatability, easy realization of batch processing device.

【技术实现步骤摘要】
基于光纤拉锥结合化学腐蚀制备光纤F-P传感器的方法
本专利技术涉及光纤器件领域，特别涉及一种光纤拉锥制成的光纤F-P传感器的方法。
技术介绍
光纤传感器具有诸多优良特性，可实现复杂环境下的测量工作具有非常广泛的应用价值。它具有抗电磁干扰、抗辐射、灵敏度高、重量轻、绝缘防爆、耐腐蚀等特点，且光纤尺寸微小，具有良好的光传输性能。在各种类型的光纤传感器中，目前精度最高的是干涉型光纤传感器。其中，光纤F-P传感器因只用一根光纤且结构简单体积小、动态范围大，在生物医学、磁场、微机电系统中受到广泛关注。传统的制作方法工序复杂、重复性差，对于法珀腔还需要进行腔长的标定，这使得光法布里-珀罗的批量生产较为困难，从而在一定程度上限制了光纤法布里-珀罗传感器的进一步广泛应用。光纤F-P传感器与传统的传感器相比，光纤法布里-珀罗传感器具有诸多优良特性，如不受电磁干扰、适用范围广、稳定性好、可靠性好、分辨率高、精度高、体积小、重量轻等显著优点。光纤Fabry-Perot(F-P)传感器主要包括非本征型和本征型两大类。非本征型结构的光纤F-P传感器是利用光纤和一个具有反射面结构的非光纤原件组成；本征型光纤F-P结构的加工方法一般为将光纤两端面镀膜，通过封装或对接制成，但由于光纤的直径在微米量级，镀膜材料难以选择，镀膜难度大，且在封装或对接时需要精确地控制镀膜光纤和精确连接光纤以减小耦合损失，操作难度大。目前，常见的F-P腔制备方法为：化学腐蚀法、电弧放电法、飞秒激光制备法等。针对利用飞秒刻写形成的光纤F-P传感器，当飞秒激光聚焦到光纤纤芯上时，会使材料性质发生改变，使其折射率发生改变，而光纤的表面不会受到任何影响。而通过化学腐蚀法制备光纤传感器时，可以通过控制腐蚀时间、调配HF酸溶液浓度、设置腐蚀时间等手段设定传感器腔长，成本较低、制作简单，在一定成都上可实现大批量的生产。因此，需要一种基于光纤拉锥结合化学腐蚀来制备非本征型结构的光纤F-P应变传感器的方法。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于光纤拉锥结合化学腐蚀制备光纤F-P应变传感器的方法，包括以下步骤：步骤一：采用普通单模光纤，将其放置在高精度单芯熔接机中拉锥；步骤二：用切割刀将拉锥后的普通单模光纤从中间切断，并将其中一端置于40％的氢氟酸中腐蚀10分钟，直至被腐蚀的光纤端面形成凹槽；步骤三：将上述被腐蚀的光纤端面洗净残留氢氟酸，并与普通单模光纤另一端在熔接机中熔接，形成F-P腔结构，得到光纤F-P应变传感器的结构。优选地，在步骤一中，拉锥后的光纤的长度为15000μm-20000μm，相应的腰椎直径为50μm-100μm。优选地，在步骤一中，所述普通单模光纤的型号为SMF-28，所述光纤的包层直径为125μm，纤芯直径为9μm。优选地，在步骤一中，所述高精度单芯熔接机采用日本Fujikura公司的80S高精度单芯熔接机。其中，在步骤二中，光纤的纤芯与光纤的包层相比，其掺锗元素较高，与氢氟酸溶液的反应速率较快，经过一段时间后被腐蚀的光纤端面会形成凹槽。优选地，在步骤三中，所述光纤F-P腔结构为将腐蚀好的普通单模光纤端面与所述普通单模光纤另一端相对熔接后形成的微腔，所述F-P腔结构包括两个反射端面，所述反射端面分别为被腐蚀好的普通单模光纤端面形成的凹槽以及所述普通单模光纤另一端熔接时熔化形成的另一个凹槽，所述两个反射端面可形成圆。更优选地，所述F-P腔结构中两个反射端面的距离为50μm-6000μm，该范围干涉效果最佳。优选地，本专利技术的制备方法，可以根据要求制备出不同腔长的光纤F-P应变传感器器件。本专利技术具有以下有益效果：1.采用拉锥结合化学腐蚀的方法制备，制备方法简便。2.制备得到的非本征型光纤F-P应变传感器器件的结构简单，稳定性可靠，并可以根据要求制备不同腔长的器件。3.拉锥和化学腐蚀技术成本较低，重复性高，易于实现器件的批量加工。应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本专利技术所要求保护内容的限制。附图说明参考随附的附图，本专利技术更多的目的、功能和优点将通过本专利技术实施方式的如下描述得以阐明，其中：图1示出了根据本专利技术制备的光纤F-P应变传感器的结构示意图。图2示出了测试本专利技术制备的光纤F-P应变传感器性能的应变系统结构示意图。图3示出了根据本专利技术制备的光纤F-P应变传感器在不同应变下的干涉谱图。图4示出了对本专利技术制备的光纤F-P应变传感器进行标定后得到的波长-应变关系曲线示意图。具体实施方式通过参考示范性实施例，本专利技术的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本专利技术并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本专利技术的具体细节。在下文中，将参考附图描述本专利技术的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。参见图1，本专利技术提供一种基于光纤拉锥结合化学腐蚀制备光纤F-P应变传感器的方法，包括以下步骤：步骤一：采用普通单模光纤，将其放置在高精度单芯熔接机中拉锥；进一步地，所述普通单模光纤的型号为SMF-28，所述光纤的包层直径为125μm，纤芯直径为9μm。进一步地，拉锥后的光纤的长度为15000μm-20000μm，相应的腰椎直径为50μm-100μm，如图1中(a)所示。步骤二：用切割刀将拉锥后的光纤从中间切断，并将其中一端置于40％的氢氟酸中腐蚀10分钟，直至被腐蚀的光纤端面形成凹槽，如图1中(b)所示。其中，光纤的纤芯与包层相比，其掺锗元素较高，与氢氟酸溶液的反应速率较快，经过一段时间后被腐蚀的光纤端面会形成凹槽。步骤三：将上述光纤洗净残留氢氟酸，并与普通单模光纤的另一端在熔接机中熔接，形成F-P腔结构，得到光纤F-P应变传感器的结构。其中，所述高精度单芯熔接机采用日本Fujikura公司的80S高精度单芯熔接机。如图1(c)所示，在步骤三中，所述光纤F-P腔结构为将腐蚀好的普通单模光纤端面与所述普通单模光纤另一端相对熔接后形成的微腔，所述F-P腔结构包括两个反射端面，所述反射端面分别为被腐蚀好的普通单模光纤端面形成的凹槽以及所述普通单模光纤另一端熔接时熔化形成的另一个凹槽，所述两个反射端面可形成圆，所述F-P腔结构中两个反射端面的距离为50μm-6000μm，该范围干涉效果最佳。具体地，当相干光束沿大模场光纤入射到上述微腔时，光在微腔的两个反射端面反射后沿原路返回，并相遇而产生干涉。具体地，根据多光束干涉原理，光学F-P腔的反射输出IR为式中，为光学位相，其中其中，n0是腔内材料的折射率，R是两端面的反射率，为入射光与反射端面的夹角，λ和I0分别为入射光波长与光强，L是微腔的腔长，附加的相位π是光由光疏介质入射到光密介质时产生的半波损耗引起的相位差。当F-P腔两端面的反射率R很低时，可用双光束干涉代替多光束干涉，则由式(1)、(2)和(3)和可知，当外界参量作用于微腔时，可以通过反射光强变化推出相应外界参量的变化，实现传感测量的目的。参见图2，为用于测试光纤F-P应变传感器性能的应变系统，该系测试统包括宽带光源1、光纤环行器2、等强度梁3、本专利技术制备得到的光纤F-P应变传感器4以及光纤传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光纤拉锥结合化学腐蚀制备光纤F‑P应变传感器的方法，包括以下步骤：S1：采用普通单模光纤，将其放置在高精度单芯熔接机中拉锥；S2：用切割刀将拉锥后的普通单模光纤从中间切断，并将其中一端置于40％的氢氟酸中腐蚀10分钟，直至被腐蚀的光纤端面形成凹槽；S3：将上述被腐蚀的光纤端面洗净残留氢氟酸，并与普通单模光纤另一端在熔接机中熔接，形成F‑P腔结构，得到光纤F‑P应变传感器器件。

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤拉锥结合化学腐蚀制备光纤F-P应变传感器的方法，包括以下步骤：S1：采用普通单模光纤，将其放置在高精度单芯熔接机中拉锥；S2：用切割刀将拉锥后的普通单模光纤从中间切断，并将其中一端置于40％的氢氟酸中腐蚀10分钟，直至被腐蚀的光纤端面形成凹槽；S3：将上述被腐蚀的光纤端面洗净残留氢氟酸，并与普通单模光纤另一端在熔接机中熔接，形成F-P腔结构，得到光纤F-P应变传感器器件。2.根据权利要求1所述的制备光纤F-P应变传感器的方法，其特征在于，在S1中，拉锥后的光纤的长度为15000μm-20000μm，相应的腰椎直径为50μm-100μm。3.根据权利要求1所述的制备光纤F-P应变传感器的方法，其特征在于，在S1中，所述光纤的包层直径为125μm，纤芯直径为9μm。4.根据权利要求1所述的制备光纤F-P应变传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝连庆，周康鹏，何巍，张雯，娄小平，董明利，陈少华，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11