一种单模-多模-单模结构柔性折射率传感器的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种单模‑多模‑单模结构柔性折射率传感器制备方法，利用侧抛处理后的多模聚合物光纤作为传感器主体，步骤1、将多模聚合物光纤夹在两个单模石英光纤之间，将三者接合形成单模‑多模‑单模结构；步骤2、将多模聚合物光纤固定在抛光轮上，在研磨台上喷洒蒸馏水，使之吸附研磨纸，对多模聚合物光纤进行研磨侧抛处理；步骤3、将多模聚合物光纤固定在两基板之间，使之呈所需要的加工状态。与现有技术相比，本发明专利技术的单模‑多模‑单模结构柔性折射率传感器制备方法制作工艺简单，操作流程容易，成本低廉，侧抛过程、光纤接合过程均无特殊设备要求。

【技术实现步骤摘要】
一种单模-多模-单模结构柔性折射率传感器的制备方法
本专利技术涉及本专利技术属于光纤传感
，特别涉及一种利用侧抛后的多模聚合物光纤制备单模-多模-单模结构柔性折射率传感器的方法。
技术介绍
折射率是物质固有的光学属性，溶液折射率的大小则直接反映了溶液的浓度、纯度、粘度等信息，因此液体折射率的测量在医学诊断、化学分析、水利工程等领域有着重要的应用，但折射率传感器的制备往往由石英光纤为传感主体，需要使用较为昂贵的仪器设备、加工流程较为复杂，造成该类型的传感器成本较高，此外石英光纤脆弱易坏，必须小心处理，这是光纤传感领域的一大难题。聚合物光纤不仅质量轻、柔韧度高，还有着光传导能力强、成本低、可塑性强等特点，是石英光纤的最佳代替物，利用侧抛后的多模聚合物光纤夹在两个单模石英光纤中间构成单模多模单模结构，再进行宏弯曲处理而制备成的折射率传感器不但灵敏度高、稳定性好，而且成本低、可进行温度自补偿，解决了石英光纤传感器成本高、加工流程复杂、脆弱易坏的难题。D.Feng等De-JunF,Guan-XiuL,Xi-LuL,etal.在<Refractiveindexsensorbasedonplasticopticalfiberwithtaperedstructure>中(AppliedOptics,2014,53(10):2007-2011)将锥形结构的塑料光纤应用于折射率的传感，但是拉锥后的塑料光纤直径只有几微米，在恶劣环境中很容易断裂损坏；NAGeorge等GeorgeNA,PaulAM,在&lt;SaranyaMS.Microbendfiberopticdetectionofcontinuouslyvaryingrefractiveindexofchlorinatedwater>中(Optik-InternationalJournalforLightandElectronOptics,2014,125(1):301-303)采用微弯结构的塑料光纤用于折射率的传感，此方法中微弯曲结构的操作流程较为复杂，只有经验丰富人员才能完成；赵明富等赵明富、戴浪、钟年丙等在《湿腐蚀法制备塑料光纤折射率传感器》中(半导体光电,2018,v.39；No.198(04):66-71+126)采用湿腐蚀法制备塑料光纤折射率传感器，此方法对光纤的腐蚀程度无法精确把握，很容易破坏纤芯结构。由此可见，塑料光纤进行结构优化之后可以作为石英光纤的代替品，利用多模聚合物光纤来制备单模-多模-单模结构柔性折射率传感器的方法可以解决以上问题，对改善传感器各方面性能具有积极的现实意义和良好的应用前景。
技术实现思路
本专利技术旨在提出一种单模-多模-单模结构柔性折射率传感器制备方法，基于光的多模干涉原理，利用侧抛后的多模聚合物光纤代替石英光纤作为传感器主体进行柔性折射率传感器结构优化设计，提高了传感器性能，从而解决了石英光纤传感器成本高、加工流程复杂、脆弱易坏的难题的问题。本专利技术的一种单模-多模-单模结构柔性折射率传感器制备方法，利用侧抛处理后的多模聚合物光纤作为传感器主体，具体包括以下步骤：步骤1、将多模聚合物光纤夹在两个单模石英光纤之间，将三者接合形成单模-多模-单模结构；步骤2、将多模聚合物光纤固定在抛光轮上，在研磨台上喷洒蒸馏水，使之吸附研磨纸，对多模聚合物光纤进行研磨侧抛处理；步骤3、将多模聚合物光纤固定在两基板之间，使之呈所需要的加工状态。步骤1中的所述多模聚合物光纤的长度在3cm-10cm中间，所使用的所述多模聚合物光纤包括渐变型多模聚合物光纤或阶跃型多模聚合物光纤。步骤1中的所述多模聚合物光纤与所述单模石英光纤通过固定之后静置的操作步骤接合在一起。步骤2中所使用的所述研磨纸的吸附粒度范围为1μm、2μm或3μm；对应地在研磨纸上分别均匀地添加粒度为1μm、2μm或3μm的研磨液。步骤2中的所述多模聚合物光纤的侧抛深度为20μm～400μm，侧抛长度为0.5cm～3cm。步骤3中的基板材料选择韧度高、质量轻以及体积小的材料。在步骤3中，所需要的加工状态包括笔直状态或宏弯曲状态。与现有技术相比，本专利技术的单模-多模-单模结构柔性折射率传感器制备方法制作工艺简单，操作流程容易，成本低廉，侧抛过程、光纤接合过程均无特殊设备要求。附图说明图1为利用本专利技术的一种单模-多模-单模结构柔性折射率传感器制备方法所制备的侧抛单模-多模-单模结构柔性折射率传感器宏弯曲形态结构简图；图2为利用本专利技术的一种单模-多模-单模结构柔性折射率传感器制备方法所制备的侧抛单模-多模-单模结构柔性折射率传感器宏笔直形态结构简图；图3为本专利技术的一种单模-多模-单模结构柔性折射率传感器制备方法整体流程示意图；附图标记：1、渐变型多模聚合物光纤，2、3单模石英光纤。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术技术方案作进一步的说明，但并不作为对本专利技术保护范围的限制。本专利技术的单模-多模-单模结构柔性折射率传感器制备方法实施例1：利用长度为4cm以及芯径、包层厚度、涂覆层厚度分别为50μm、10μm、210μm的渐变型多模聚合物光纤1夹在两个单模石英光纤2、3之间，渐变型多模聚合物光纤和石英光纤的两端分别用铝制插芯套管接合在一起，用环氧树脂胶水进行固定，常温条件下静置2小时，形成单模-多模-单模结构。把多模聚合物光纤固定在抛光轮上，在研磨台上喷洒适量蒸馏水，使之吸附粒度为1μm的研磨纸，在吸附好的研磨纸上均匀添加粒度为1μm的研磨液，以提高研磨效果及增强研磨纸使用寿命，对多模聚合物光纤进行研磨侧抛处理，侧抛深度为220μm，长度为2cm，用环氧树脂胶水将传感器固定在两个基板之间，使多模聚合物光纤呈笔直状态，基板为铝板，其厚度为2mm，长度为9cm，宽度为1cm。本专利技术的单模-多模-单模结构柔性折射率传感器制备方法实施例2：利用长度为8cm以及芯径、包层厚度、涂覆层厚度分别为60μm、20μm、230μm的阶跃型多模聚合物光纤夹在两个单模石英光纤之间，塑料光纤和石英光纤两端分别用玻璃插芯套管接合在一起，用环氧树脂胶水进行固定，30℃条件下静置2小时，形成单模-多模-单模结构。把多模聚合物光纤固定在抛光轮上，在研磨台上喷洒适量蒸馏水，使之吸附粒度为2μm的研磨纸，在吸附好的研磨纸上均匀添加粒度为2μm的研磨液，以提高研磨效果及增强研磨纸使用寿命，对多模聚合物光纤进行研磨侧抛处理，侧抛深度为260μm，长度为2.5cm，用环氧树脂胶水将传感器固定在两个基板之间，使多模聚合物光纤呈宏弯曲状态，宏弯曲半径为20cm，基板为碳纤维复合板，其厚度为1mm，长度为8cm，宽度为0.8cm。本专利技术的单模-多模-单模结构柔性折射率传感器制备方法实施例3：利用长度为10cm以及芯径、包层厚度、涂覆层厚度分别为80μm、30μm、300μm的渐变型多模聚合物光纤夹在两个单模石英光纤之间，塑料光纤和石英光纤两端分别用陶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单模-多模-单模结构柔性折射率传感器制备方法，其特征在于，利用侧抛处理后的多模聚合物光纤作为传感器主体，该方法具体包括以下步骤：/n步骤1、将多模聚合物光纤夹在两个单模石英光纤之间，将三者接合形成单模-多模-单模结构；/n步骤2、将多模聚合物光纤固定在抛光轮上，在研磨台上喷洒蒸馏水，使之吸附研磨纸，对多模聚合物光纤进行研磨侧抛处理；/n步骤3、将多模聚合物光纤固定在两基板之间，使之呈所需要的加工状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种单模-多模-单模结构柔性折射率传感器制备方法，其特征在于，利用侧抛处理后的多模聚合物光纤作为传感器主体，该方法具体包括以下步骤：
步骤1、将多模聚合物光纤夹在两个单模石英光纤之间，将三者接合形成单模-多模-单模结构；
步骤2、将多模聚合物光纤固定在抛光轮上，在研磨台上喷洒蒸馏水，使之吸附研磨纸，对多模聚合物光纤进行研磨侧抛处理；
步骤3、将多模聚合物光纤固定在两基板之间，使之呈所需要的加工状态。


2.如权利要求1所述的单模-多模-单模结构柔性折射率传感器制备方法，其特征在于，步骤1中的所述多模聚合物光纤的长度在3cm-10cm中间，所使用的所述多模聚合物光纤包括渐变型多模聚合物光纤或阶跃型多模聚合物光纤。


3.如权利要求1所述的单模-多模-单模结构柔性折射率传感器制备方法，其特征在于，步骤1中的所述多模聚合物光纤与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学智，杨博越，刘铁根，江俊峰，樊晓军，刘召柱，彭敏，陈冠龙，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12