基于倏逝波的量子传感微结构的制作方法及传感器技术

本发明专利技术涉及分布式光纤传感器技术领域，方案为基于倏逝波的量子传感微结构的制作方法，包含以下步骤：光纤去皮、光纤塑形、探头制作、探头修整以及熔接成型；提供了一种新型的量子传感微结构制作工艺，其将光纤包层部分塑形成锥状结构，再通过在锥状区浸涂悬浮液实现NV色心颗粒在倏逝波的透射深度内的涂覆，相比于现有的制作工艺，其操作难度更低，且NV色心颗粒更易于在倏逝波透射深度区间内附着，可行性高；本发明专利技术利用倏逝波作为激发光来刺激NV色心进行传感探测，由于NV色心颗粒不与纤芯内激发光直接接触，因而激发光损耗极少。因而激发光损耗极少。因而激发光损耗极少。

【技术实现步骤摘要】
基于倏逝波的量子传感微结构的制作方法及传感器


[0001]本专利技术涉及分布式光纤传感器
，具体涉及到一种基于倏逝波的量子传感微结构的制作方法及具备该量子传感微结构的分布式传感器。

技术介绍

[0002]近年来以光纤为传感元件的测量技术已成为目前传感技术中的研究热点。随着各种光纤器件的大量涌现，使用光纤及光纤器件来进行磁场、温度等传感的方法越来越受到人们的广泛关注。现有技术中使用光纤与量子点（如nv色心）结合进行传感的技术不在少数，但是其一般只能进行单点传感，即一根光纤上只有一个点位能进行测量，不能实现分布式测量，使用存在局限性。
[0003]而在设计光纤
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量子点结合的分布式传感器时，其中存在的一个主要问题是，激发光源会在每个量子点处有一个较大的损耗，从而导致后侧的量子点得不到合适的光源照射，进而影响检测结果的精度。
[0004]为了解决光源在量子点处的损耗问题，本公司拟设计一种基于倏逝波的分布式光纤传感器。
[0005]在现有技术中，公开号为CN109270478A的中国专利公开了一种基于纳米钻石NV色心的光纤磁场传感器，在该技术方案中，设计了一种倏逝波、量子点以及光纤结合的磁场传感器，其虽然能实现磁场测量，但是其本身还是只能实现单个位置的磁场测量（只是提高了检测区间面积，实际还是单一位置的传感），即达不到所谓分布式测量功能；且在制作该种传感器时，还需要进行偏孔光纤制作等高难度工艺，制作难度极大，成本极高。
[0006]基于此，本公司研究了一种基于倏逝波的量子传感微结构的制作方法及具备该量子传感微结构的分布式传感器。

技术实现思路

[0007]在本专利技术提出了一种基于倏逝波的量子传感微结构的制作方法及传感器，通过在单根光纤设置多个量子传感微结构，并结合倏逝波原理实现对周围环境的分布式传感。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于倏逝波的量子传感微结构的制作方法，包含以下步骤：S1、光纤去皮：取一短节光纤，将其一端的涂覆层去除，裸露出其光纤包层，该裸露出包层的部分称为光纤裸端；S2、光纤塑形：对光纤裸端进行塑形处理，使其靠近端面的部分呈锥状，该锥状的部分称为锥状区，且锥状区的锥尖处露出少许纤芯；S3、探头制作：制备金刚石NV色心颗粒悬浮液，并将光纤裸端插入悬浮液中，锥状区浸涂悬浮液后再进行干燥处理，使得金刚石NV色心颗粒均匀分布在锥状区的表面；S4、探头修整：将锥状区露出的纤芯部分切除，得到一根半成品量子传感微结构；S5、熔接成型：按同样步骤制得第二根半成品量子传感微结构，并通过光纤熔接技
术将二者的锥状区熔接连为一体，制得成品。
[0009]如前所述的制作方法，其中优选的是，塑形处理为酸蚀处理工艺，酸蚀工艺的具体步骤如下：S21、制备酸蚀液：采用35%的氢氟酸、AR等级的氟化铵以及去离子水三者按1:2:5的比例配置酸蚀液，并将制备好的酸蚀液加入酸蚀池中；S22、确定初始位置：通过升降
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旋转驱动设备将光纤裸端竖直插入酸蚀池中，直至光纤裸端底面贴近酸蚀液液面；S23、数据设定及酸蚀：设定好自转速度、酸蚀深度以及升降速度后，升降
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旋转驱动设备带动短节光纤自转；同时带动短节光纤下移，直至液面淹没光纤裸端一定距离；然后控制升降
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旋转驱动设备反向启动，带动短节光纤上升，待短节光纤复位后，升降
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旋转驱动设备重复前述动作；S24、产品检查：酸蚀一段时间后，通过升降
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旋转驱动设备提升短节光纤，再通过光学显微镜观测光纤裸端是否呈锥状且锥尖露出少许纤芯，若是，则酸蚀结束；若否，则重复步骤S23。
[0010]其中，自转速度为20r/min
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50r/min，升降速度为3mm/min
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20mm/min，酸蚀深度为3
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15mm。
[0011]如前所述的制作方法，其中优选的是，锥状区的锥度小于1：50。
[0012]如前所述的制作方法，其中优选的是，制得的悬浮液浓度为0.2mg/ml
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2mg/ml，制备悬浮液过程如下：选用直径为10
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100nm的金刚石颗粒，使用7MeV的电子束辐照，再在氩气中850℃退火2.5h产生NV色心，然后在空气中550℃氧化2.2h去除金刚石颗粒表面的sp
²
碳，最后将制取的金刚石颗粒置于异丙醇溶液中，通过超声处理20min形成悬浮液。
[0013]如前所述的制作方法，其中优选的是，锥状区浸涂悬浮液过程如下：浸涂前，对悬浮液进行摇晃并超声处理半小时，继而控制浸涂机以10mm/min的升/降速度带动短节光纤浸涂悬浮液，浸涂7
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9次后暂停，再次通过超声处理悬浮液2min，然后再次浸涂3
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5次后停止，完成光纤浸涂过程。
[0014]如前所述的制作方法，其中优选的是，半成品量子传感微结构制成后，要进行校检，校检时，在短节光纤中加载532nm绿色激光，然后在距离锥状区不大于1cm的位置通过光电探测器检测产生的红色荧光的光强，若光强满足设定值，则判定半成品量子传感微结构合格，若光强不满足设定值，则判定为废品。
[0015]如前所述的制作方法，其中优选的是，光纤熔接结束后，选用透明光纤热缩管套在熔接处外围，并热处理透明光纤热缩管完成热收缩动作，最后在透明光纤热缩管表面镀一层增透膜。
[0016]一种具有前述量子传感微结构的分布式光纤传感器，包括有激发端、接收端、量子传感微结构、传输光纤以及采集光纤，所述量子传感微结构共有若干组，相邻量子传感微结构之间通过一传输光纤连接，靠近激发端的一组量子传感微结构通过一传输光纤与激发端的输出端连接，每组量子传感微结构的外侧均通过不透光胶带绑缚有一根采集光纤，所述采集光纤与接收端的对应端口相连接。
[0017]如前所述的分布式光纤传感器，其中优选的是，还包括有微波源、射频传输线以及
微波铜线，所述微波源产生调制微波，并通过射频传输线传输至微波铜线，所述微波铜线对所有的量子传感微结构进行微波加载。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、相比于现有技术，本专利技术通过在同一根光纤上分布设置多个量子传感微结构，并通过多个采集光纤采集每个量子传感微结构产生的荧光数据，进而实现在多个位置进行传感的功能；2、本专利技术利用倏逝波作为激发光来刺激NV色心进行传感探测，由于NV色心颗粒不与纤芯内激发光直接接触，因而激发光损耗极少，从而使得整个光纤上的量子传感微结构均能够得到近乎相同大小且合适强度的激发光刺激，有效保证了检测结果的精度；3、本专利技术提供了一种新型的量子传感微结构制作工艺，其将光纤包层部分塑形成锥状，再通过在锥状区浸涂悬浮液实现NV色心颗粒在倏逝波的透射深度内的涂覆，相比于现有的制作工艺，其操作难度更低，且NV色心颗粒更易于在倏逝波透射深度区间内附着，可行性高；4、本专利技术中光纤传感器为可组装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于倏逝波的量子传感微结构的制作方法，其特征在于，包含以下步骤：S1、光纤去皮：取一短节光纤，将其一端的涂覆层去除，裸露出其光纤包层，该裸露出包层的部分称为光纤裸端；S2、光纤塑形：对光纤裸端进行塑形处理，使其靠近端面的部分呈锥状，该锥状的部分称为锥状区，且锥状区的锥尖处露出少许纤芯；S3、探头制作：制备金刚石NV色心颗粒悬浮液，并将光纤裸端插入悬浮液中，锥状区浸涂悬浮液后再进行干燥处理，使得金刚石NV色心颗粒均匀分布在锥状区的表面；S4、探头修整：将锥状区露出的纤芯部分切除，得到一根半成品量子传感微结构；S5、熔接成型：按同样步骤制得第二根半成品量子传感微结构，并通过光纤熔接技术将二者的锥状区熔接连为一体，制得成品。2.如权利要求1所述的基于倏逝波的量子传感微结构的制作方法，其特征在于，塑形处理为酸蚀处理工艺，酸蚀工艺的具体步骤如下：S21、制备酸蚀液：采用35%的氢氟酸、AR等级的氟化铵以及去离子水三者按1:2:5的比例配置酸蚀液，并将制备好的酸蚀液加入酸蚀池中；S22、确定初始位置：通过升降
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旋转驱动设备将光纤裸端竖直插入酸蚀池中，直至光纤裸端底面贴近酸蚀液液面；S23、数据设定及酸蚀：设定好自转速度、酸蚀深度以及升降速度后，升降
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旋转驱动设备带动短节光纤自转；同时带动短节光纤下移，直至液面淹没光纤裸端一定距离；然后控制升降
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旋转驱动设备反向启动，带动短节光纤上升，待短节光纤复位后，升降
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旋转驱动设备重复前述动作；S24、产品检查：酸蚀一段时间后，通过升降
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旋转驱动设备提升短节光纤，再通过光学显微镜观测光纤裸端是否呈锥状且锥尖露出少许纤芯，若是，则酸蚀结束；若否，则重复步骤S23。3.如权利要求2所述的基于倏逝波的量子传感微结构的制作方法，其特征在于，自转速度为20r/min
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50r/min，升降速度为3mm/min
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20mm/min，酸蚀深度为3
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15mm。4.如权利要求1所述的基于倏逝波的量子传感微结构的制作方法，其特征在于，锥状区的锥度小于1：50。5.如权利要求1所述的基于倏逝波的量子传感微结构的制作方法，其特征在于，制得的悬浮液浓度为0.2mg/ml...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵博文，张少春，汪鹏，
申请(专利权)人：安徽省国盛量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：