光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件的制备方法，该方法包括：对空芯光纤进行熔接处理，使空芯光纤熔接在两根实心光纤之间，利用飞秒激光烧蚀技术将熔接后的空芯光纤进行烧蚀处理，使空芯光纤上烧蚀出垂直于内壁的通槽，然后在空芯光纤内部填入无色且透明的光刻胶材料，使空芯光纤内部填满光刻胶材料，再利用飞秒激光双子聚合技术对空芯光纤内部的光刻胶材料上进行聚合加工，最后显影液清洗经过聚合加工处理后的空芯光纤，得到内部具有聚合物微纳结构的器件。该器件内部具有聚合物微纳结构，使其具有聚合物功能特性，该器件很好的将聚合物的材料特性与光纤的传输特性结合在一起，实现复杂聚合物功能微结构与光纤的集成。

Optical fiber device integrated with polymer micro nano structure in optical fiber and preparation method thereof

The invention discloses a preparation method of an optical fiber device with an integrated polymer micro-nano structure in the optical fiber. The method comprises: welding hollow optical fiber, making hollow optical fiber welded between two solid optical fibers, ablating the welded hollow optical fiber by femtosecond laser ablation technology, and burning the hollow optical fiber. Etching out the through groove perpendicular to the inner wall, then filling the hollow fiber with colorless and transparent photoresist material, filling the hollow fiber with photoresist material, then using femtosecond laser Gemini polymerization technology to polymerize the photoresist material inside the hollow fiber, and finally developing solution cleaning after polymerization processing. The hollow core optical fibers have internal devices with polymer micro nano structures. The device has polymer micro-nano structure, which makes it have polymer functional characteristics. The device combines the material characteristics of polymer with the transmission characteristics of fiber, and realizes the integration of complex polymer functional micro-structure and fiber.

【技术实现步骤摘要】
光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件及其制备方法
本专利技术涉及光纤传感领域，尤其涉及一种光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件及其制备方法。
技术介绍
聚合物材料相对比石英因具有非常好的材料特性而广泛应用于光纤传感或通信领域，用聚合材料制备的聚合物光纤布拉格光栅器件具有更高的灵敏度，有望用于生物体内温度的监测。现有的制备此聚合物功能微结构的方法有如下：离子束刻蚀法、双光子聚合加工法和紫外掩膜版曝光法等，其中，利用离子束刻蚀法仅可在平面进行加工且无法实现复杂三维结构的加工，因此加工出来的设备不利于光纤系统的集成；双光子聚合加工法可以实现复杂三维聚合物微结构的加工，但因为聚合物较差的机械性的局限，也不能很好地实现光纤集成；紫外掩膜版曝光法制备的聚合物结构一般在聚合物光纤中制备布拉格光栅，此制作手法单一，加工有局限性，且聚合物光纤不利于与石英光纤的熔接，因此，此方法制备的聚合物结构不利于光纤系统的集成。上述现有的制备聚合物功能微结构的方法均不能很好的将聚合物的材料特性与光纤的传输特性结合在一起，实现复杂聚合物功能微结构与光纤的集成。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件及其制备方法，用于解决现有技术不能实现复杂聚合物功能微结构与光纤的集成的技术问题。为实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件的制备方法，所述方法包括：对空芯光纤进行熔接处理，使空芯光纤熔接在两根实心光纤之间；利用飞秒激光烧蚀技术将所述熔接后的空芯光纤进行烧蚀处理，使所述空芯光纤上烧蚀出垂直于内壁的通槽；在已进行所述烧蚀处理的空芯光纤的内部填入无色且透明的液态光刻胶材料，使所述空芯光纤的内部填满所述光刻胶材料；利用飞秒激光双子聚合技术在所述空芯光纤内部的光刻胶材料上进行聚合加工，再利用显影液清洗经过所述聚合加工处理后的空芯光纤，得到内部具有聚合物微纳结构的光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件。本专利技术第二方面提供一种光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件，所述光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件包括：实心光纤、空芯光纤和无色且透明的光刻胶材料；所述空芯光纤熔接在两根所述实心光纤之间；所述空芯光纤的通槽垂直于所述空芯光纤的内壁；所述光刻胶材料位于所述空芯光纤的内部的通槽中；所述空芯光纤内部通槽中具有所述聚合物微纳结构。本专利技术提供一种光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件及其制备方法，该方法先将空芯光纤与实心光纤进行熔接，再在空芯光纤内部制备聚合物微纳结构，使其得到光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件具有聚合物功能特性，同时，因该光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件两端为实心光纤，该光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件两端与其他石英光纤的熔接也方便，很好地将聚合物的材料特性与光纤的传输特性结合在一起，实现复杂聚合物功能微结构与光纤的集成。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要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他的附图。图1为本专利技术第一实施例提供的一种光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件的制备方法的流程示意图；图2为空芯光纤与两根实心光纤熔接后的示意图；图3为空芯光纤进行烧蚀处理后的示意图；图4为空芯光纤内部的光刻胶材料进行聚合加工后的示意图；图5为本专利技术第一实施例获得的光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件的结构示意图；图6为本专利技术第二实施例提供的一种光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件的制备方法的流程示意图；图7为光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件进行温度传感测试的示意图；图8为本专利技术第二实施例提供的光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件的结构示意图；图9为光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件的结构示意图；图10为本专利技术第二实施例提供的温度传感测试的光谱漂移透射光谱图和拟合波长与温度的变化图；图11为本专利技术第三实施例提供的一种光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件的结构示意图。具体实施方式为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，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，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。由于现有技术中不能实现复杂聚合物功能微结构与光纤的集成的技术问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件的制备方法。请参阅图1，图1为本专利技术第一实施例提供的一种光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件的制备方法的流程示意图，该方法包括：步骤101、对空芯光纤进行熔接处理，使空芯光纤熔接在两根实心光纤之间。具体地，设置熔接机的参数，利用熔接机将空芯光纤熔接在两根实心光纤之间。如图2所示，图2为空芯光纤与两根实心光纤熔接后的示意图，空芯光纤连接在两根实心光纤之间，其中，空芯光纤的外径与两根实心光纤的外径相同，空芯光纤的内径大于实心光纤的纤芯直径，其中，空芯区域存在外壁，图2未具体示出外壁的特征。可选地，空芯光纤也可以用毛细石英玻璃管代替。步骤102、利用飞秒激光烧蚀技术将熔接后的空芯光纤进行烧蚀处理，使空芯光纤上烧蚀出垂直于内壁的通槽。具体地，将已进行熔接处理的空芯光纤固定在具有旋转夹具的三维位移平台上，通过多次转动旋转夹具180°并利用飞秒激光烧蚀技术实现在空芯光纤垂直方向烧蚀出对穿的槽，烧蚀出的槽垂直于内壁(即为内壁弧面法线方向的空槽)，如图3所示，图3为空芯光纤进行烧蚀处理后的示意图，其中，烧蚀处理是将空芯的外壁烧蚀掉，使空芯光纤内部烧出的对槽相通形成空芯光纤内部的一个空槽。其中，三维位移平台上具有两个旋转夹具，将连接在空芯光纤两端的两根实心光纤分别固定两个旋转夹具上，从而使空芯光纤悬挂在两个旋转夹具之间，实现将空芯光纤固定在三维位移平台上的目的，以便飞秒激光烧蚀技术对空芯光纤进行烧蚀处理。步骤103、在已进行烧蚀处理的空芯光纤的内部填入无色透明的液态光刻胶材料，使空芯光纤的内部填满该光刻胶材料。其中，空芯光纤经过烧蚀处理后，该空芯光纤内部具有通槽，将液态光刻胶材料滴在空芯光纤的通槽中，静置一段时间，该时间段可为1至10分钟，静置处理后，光刻胶材料填满该空芯光纤的通槽，以便后续对光刻胶材料的其他操作，同时光刻胶材料为无色透明体，可作光波导，使光能在聚合物波导中传播。需要说明的是，本申请方案也可选用其他无色透明聚合材料代替光刻胶材料。步骤104、利用飞秒激光双子聚合技术在空芯光纤内部的光刻胶材料上进行聚合加工，再利用显影液清洗经过聚合加工处理后的空芯光纤，得到内部具有聚合物微纳微结构的光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件。具体地，利用飞秒激光双子聚合技术对空芯光纤内部的光刻胶材料进行聚合加工，进行聚合加工后效果如图4所示，图4为空芯光纤内部的光刻胶材料进行聚合加工后的示意图，聚合加工后空芯光纤内部呈光栅结构，具有波导和基底，但是还存在未固化的液态光刻胶材料，此后，再利用显影液对已进行聚合加工处理的空芯光纤进行清洗，洗去未固化的液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件的制备方法，其特征在于，所述方法包括：对空芯光纤进行熔接处理，使空芯光纤熔接在两根实心光纤之间；利用飞秒激光烧蚀技术将所述熔接后的空芯光纤进行烧蚀处理，使所述空芯光纤上烧蚀出垂直于内壁的通槽；在已进行所述烧蚀处理的空芯光纤的内部填入无色且透明的液态光刻胶材料，使所述空芯光纤的内部填满所述光刻胶材料；利用飞秒激光双子聚合技术在所述空芯光纤内部的光刻胶材料上进行聚合加工，再利用显影液清洗经过所述聚合加工处理后的空芯光纤，得到内部具有聚合物微纳结构的光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件。

【技术特征摘要】
1.一种光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件的制备方法，其特征在于，所述方法包括：对空芯光纤进行熔接处理，使空芯光纤熔接在两根实心光纤之间；利用飞秒激光烧蚀技术将所述熔接后的空芯光纤进行烧蚀处理，使所述空芯光纤上烧蚀出垂直于内壁的通槽；在已进行所述烧蚀处理的空芯光纤的内部填入无色且透明的液态光刻胶材料，使所述空芯光纤的内部填满所述光刻胶材料；利用飞秒激光双子聚合技术在所述空芯光纤内部的光刻胶材料上进行聚合加工，再利用显影液清洗经过所述聚合加工处理后的空芯光纤，得到内部具有聚合物微纳结构的光纤内集成聚合物微纳结构的光纤器件。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空芯光纤的外径与两根所述实心光纤的外径大小相同，所述空芯光纤的内径大于所述实心光纤的纤芯直径。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用飞秒激光烧蚀技术将熔接后的所述空芯光纤进行烧蚀处理，使所述空芯光纤上烧蚀出垂直于内壁的通槽的步骤包括：将已进行熔接处理的所述空芯光纤固定在具有旋转夹具的三维位移平台上；通过多次转动旋转夹具180°并利用飞秒激光烧蚀技术实现所述空芯光纤垂直方向烧蚀出对穿的槽。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用飞秒激光烧蚀技术将熔接后的所述空芯光纤进行烧蚀处理，使所述空芯光纤上烧蚀出垂直于内壁的通槽之后到在已进行所述烧蚀处理的空芯光纤的内部填入无色且透明的液态光刻胶材料，使所述空芯光纤的内部填满所述光刻胶材料之间的步骤还包括：利用粘接胶将所述两根实心光纤固定在同一玻璃片上，使所述空芯光纤固定在所述玻璃片的两固化点之间；将固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖常锐，王义平，李驰，徐磊，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44