一种光纤温度传感器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种光纤温度传感器及其制备方法。本发明专利技术公开了一种光纤温度传感器，包括：光纤体、检测组件、涂层和毛细玻璃管；光纤体的顶端和检测组件组成光纤探头；检测组件设置在光纤体的顶端的端面，涂层包覆在光纤探头的表面，包覆有涂层的光纤探头封装于毛细玻璃管内；检测组件由周期排列的十字型结构的金属组成；涂层的材料为聚二甲基硅氧烷。本发明专利技术提供的光纤温度传感器基于光纤体端面的金属块阵列结构具有高折射率灵敏度，在光纤体端部涂敷的PDMS作为温度传感的缓冲层，具有高的热光系数。两者结合实现了高灵敏度和高探测精度的温度传感。该光纤温度传感器在生物医学诊断和环境监测等许多领域都有潜在的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤温度传感器及其制备方法
本专利技术涉及光纤传感
，尤其涉及一种光纤温度传感器及其制备方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，精确的温度测量和控制在化学反应、生物医学科学、物理研究等各种应用中发挥着重要作用。基于电子系统的温度传感器已经得到了广泛的应用，但随着技术的发展，光纤温度传感器越来越受欢迎。相对于电子系统的温度传感器，光纤温度传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰、成本低、结构紧凑等优点。到目前为止，已有许多基于光纤干涉仪、光纤光栅、长周期光纤光栅等的光纤温度传感器。然而，上述传感器的灵敏度和探测精度通常较低。
技术实现思路
本专利技术提供了一种光纤温度传感器及其制备方法，解决了现有的温度传感器灵敏度和探测精度低的问题。其具体技术方案如下：本专利技术提供了一种光纤温度传感器，包括：光纤体、检测组件、涂层和毛细玻璃管；所述光纤体的顶端和检测组件组成光纤探头；所述检测组件设置在所述光纤体的顶端的端面，所述涂层包覆在所述光纤探头的表面，包覆有所述涂层的所述光纤探头封装于所述毛细玻璃管内；所述检测组件由周期排列的十字型结构的金属组成；所述涂层的材料为聚二甲基硅氧烷。优选地，所述十字型结构的金属的高度H为40nm～100nm。优选地，所述十字型结构的金属的长度Dx为500nm～700nm，宽度Dy为100nm～200nm。优选地，所述十字型结构的金属的长度Fx为100nm～200nm，宽度Fy为400nm～500nm。优选地，所述十字型结构的金属周期参数Px为500～800nm，Py为300～600nm。优选地，所述金属为银、金、铝和铜中的一种。优选地，所述毛细玻璃管位于所述聚二甲基硅氧烷的一端采用环氧树脂密封。优选地，所述十字型结构的金属的高度H为50nm；所述十字型结构的金属的长度Dx为660nm，宽度Dy为180nm；所述十字型结构的金属的长度Fx为180nm，宽度Fy为460nm；所述十字型结构的金属周期参数Px为700nm，Py为500nm。本专利技术还提供了一种光纤温度传感器的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将检测组件通过电子束光刻EBL技术，在衬底上进行金属十字型结构的制作；步骤2：利用电子束蒸镀沉积法，将金属沉积在所述衬底上，获得十字型结构的金属；步骤3：利用纳米压印图形转移技术，将所述十字型结构的金属转移到光纤体的顶端端面，得到光纤探头；步骤4：将液态的聚二甲基硅氧烷封装在一端密封的毛细玻璃管中，然后将光纤探头的探头端插入毛细玻璃管中，使探头端包裹于所述聚二甲基硅氧烷形成的涂层中，获得光纤温度传感器。本专利技术还提供了上述光纤传感器在检测温度中的应用，包括以下步骤：将所述光纤传感器与待测物接触，入射光从光纤体照射到金属，根据不同温度待测物的反射光谱曲线图，获取待测物的温度；或根据反射光谱共振波长来检测所述待测物温度。从以上技术方案可以看出，本专利技术提供的光纤温度传感器具有以下优点：(1)传感器采用反射式结构，传感区域局限于光纤端部，体积小，容易进入狭窄的传感空间，进行长距离探测；(2)该传感器在20℃～60℃范围内具有-0.31nm/℃的高灵敏度，超越了大多数其他类型的光纤温度传感器；(3)具有十字型结构的金属纳米阵列激发的局域态表面等离子体共振(LSPR)模式和周期性结构所提供的衍射表面波发生干涉，从而激发法诺共振，共振吸收峰的半高宽减小到2nm以下，因此高品质因子(FOM＝S(灵敏度)/FWHM(最大半高宽))增大到0.155/℃左右。(4)采用PDMS涂层作为温度传感介质，对光纤传感探头进行保护，有效地提高了光纤传感探头的韧性。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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例提供的光纤温度传感器的制作工艺流程图；图2为本专利技术实施例提供的光纤温度传感器的三维结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的十字型结构的金属周期阵列示意图；图4为本专利技术实施例提供的聚二甲基硅氧烷在不同温度下的折射率曲线图；图5为本专利技术实施例提供的待测物在不同折射率下的反射光谱图；图6为本专利技术实施例提供的共振吸收峰在不同温度下共振波长对应的关系图；图7为本专利技术实施例提供的不同十字型结构的金属的光纤传感器的反射光谱图；图8为本专利技术实施例提供的不同金属材料的光纤传感器的反射光谱图；其中，图示说明如下：1、光纤体；2、检测组件；3、涂层；4、毛细玻璃管。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，下面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，本专利技术实施例提供的光纤温度传感器的制作工艺流程图。请参阅图2，本专利技术实施例提供的光纤温度传感器的三维结构示意图。请参阅图3，本专利技术实施例提供的十字型结构的金属周期阵列示意图。请参阅图4，本专利技术实施例提供的聚二甲基硅氧烷在不同温度下的折射率曲线图。请参阅图5，本专利技术实施例提供的待测物在不同折射率下的反射光谱图。请参阅图6，本专利技术实施例提供的共振吸收峰在不同温度下共振波长对应的关系图。本专利技术提供的一种光纤温度传感器的一个实施例，包括：光纤体1、检测组件2、涂层3和毛细玻璃管4。检测组件2设置在光纤体1的顶端的端面，涂层3包覆在光纤探头的表面，包覆有涂层3的光纤探头封装于毛细玻璃管4内。检测组件2由周期排列的十字型结构的金属组成。本实施例检测组件2包含多个周期性十字型结构的金属单元。该周期性结构单元亦为本专利技术的仿真区域，仿真区边界为周期性边界。表面等离子体共振(SPR，SurfacePlasmonResonance)是一种特殊的物理光学现象，当一束光从波密介质射向到光疏介质，在入射角大于临界角时，将在界面发生全内反射。在全内反射发生时，如果入射光和表面等离子体在界面方向上波矢相等，两者发生共振，一部分入射光能量耦合到表面等离子体中，从而使反射光强发生衰减，形成表面等离子波共振。即SPR是在入射光激发下引起金属表面自由电子集体振荡，形成的混合激发态，在共振激发下形成极强的表面局域增强的模场。激发的共振模式的振荡频率与金属材料、形状以及其周围环境的折射率相关，SPR尤其对周围环境的折射率非常敏感。本专利技术实施例提供的光纤温度传感器，当光纤体1的信号光照射到金属纳米结构上时，在特定光波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤温度传感器，其特征在于，包括：光纤体、检测组件、涂层和毛细玻璃管；/n所述光纤体的顶端和检测组件组成光纤探头；/n所述检测组件设置在所述光纤体的顶端的端面，所述涂层包覆在所述光纤探头的表面，包覆有所述涂层的所述光纤探头封装于所述毛细玻璃管内；/n所述检测组件由周期排列的十字型结构的金属组成；/n所述涂层的材料为聚二甲基硅氧烷。/n

【技术特征摘要】
1.一种光纤温度传感器，其特征在于，包括：光纤体、检测组件、涂层和毛细玻璃管；
所述光纤体的顶端和检测组件组成光纤探头；
所述检测组件设置在所述光纤体的顶端的端面，所述涂层包覆在所述光纤探头的表面，包覆有所述涂层的所述光纤探头封装于所述毛细玻璃管内；
所述检测组件由周期排列的十字型结构的金属组成；
所述涂层的材料为聚二甲基硅氧烷。


2.根据权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于，所述十字型结构的金属的高度H为40nm～100nm。


3.根据权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于，所述十字型结构的金属的长度Dx为500nm～700nm，宽度Dy为100nm～400nm。


4.根据权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于，所述十字型结构的金属的长度Fx为100nm～200nm，宽度Fy为400nm～500nm。


5.根据权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于，所述十字型结构的金属周期参数Px为500～800nm，Py为300～600nm。


6.根据权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于，所述金属为银、金、铝和铜中的一种。


7.根据权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于，所述毛细玻璃管位于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘源，张辉，姜欢，吴傲，彭康准，赵韦人，何苗，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44