回音壁模式折射率传感器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种回音壁模式折射率传感器及其制备方法。一种回音壁模式折射率传感器的制备方法，包括步骤：在光纤的端面通过光刻技术写出微型结构，所述微型结构包括沿所述光纤中纤芯的长度延伸方向由靠近所述端面的一侧至远离所述端面的一侧依次设置的光栅底座、悬空光栅、微球底座以及微漏斗；对所述微型结构进行显影及固化；将微球通过所述微漏斗组装至所述微球底座，直至所述微球与所述悬空光栅相互耦合。使用上述制备方法制备出的回音壁模式折射率传感器，具有空间需求小、测量准确性高、适用于远距离测量等特点，能够适应空间狭小环境下的折射率检测。境下的折射率检测。境下的折射率检测。

Echo Wall mode refractive index sensor and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
回音壁模式折射率传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光学
，特别是涉及一种回音壁模式折射率传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着光学器件研究的不断深入逐渐拓宽，光学器件的应用领域也逐渐得到拓宽。在对液体环境的浓度进行检测时，现有技术中通常使用折射率检测仪器进行浓度检测。现有的部分折射率检测仪中，部分折射率检测原理为回音壁模式微腔技术。回音壁模式微腔技术是一种利用微腔的高品质因子的回音壁模式共振波长对外界刺激具有高灵敏度响应的特性实现传感的技术，具体为当光波在一个微球形共振腔内传播，并且入射角大于全反射临界角时，光将会限制在微球腔内形成闭合的回音壁模式。采用回音壁模式进行传感的装置，通常需要较大的耦合装置将为球形共振腔与检测区域进行耦合，然而，较大的耦合装置在进行传感检测时，由于体积较大，难以适用于空间狭小的环境下的检测。

技术实现思路

[0003]基于此，有必要针对现有的回音壁模式传感装置体积较大的问题，提供一种回音壁模式折射率传感器及其制备方法。
[0004]一种回音壁模式折射率传感器的制备方法，包括如下步骤：
[0005]在光纤的端面通过光刻技术写出微型结构，所述微型结构包括沿所述光纤中纤芯的长度延伸方向由靠近所述端面的一侧至远离所述端面的一侧依次设置的光栅底座、悬空光栅、微球底座以及微漏斗；
[0006]对所述微型结构进行显影及固化；
[0007]将微球通过所述微漏斗组装至所述微球底座，直至所述微球与所述悬空光栅相互耦合。
[0008]上述回音壁模式折射率传感器的制备方法，通过在光纤的端面通过光刻技术写出微型结构，能够有效地缩小回音壁模式折射率传感器所需的空间，从而能够适应空间狭小环境下的检测，并且能够实现微型结构与光纤的高效耦合，有利于提升光纤中信号光的利用效率以及回音壁模式折射率传感器的测量准确性；通过使用微漏斗将微球通过微漏斗组装至微球底座，能够提升回音壁模式折射率传感器的组装定位准确度与组装效率，从而有助于提升回音壁模式折射率传感器的稳定性、减少测量误差；通过微球与悬空光栅相互耦合，从而光信息从光纤出射后能够经过悬空光栅并形成衍射，衍射后的光信息能够耦合入微球的微球腔中形成共振，进而激发微球腔的回音壁模式，因此能够实现对折射率进行检测。
[0009]在其中一个实施例中，步骤“对所述微型结构进行显影及固化”之后，还包括如下步骤：
[0010]将所述微型结构置于真空环境中；
[0011]于所述悬空光栅远离所述光栅底座的一侧蒸镀金属薄膜。
[0012]在其中一个实施例中，步骤“在多芯光纤的端面通过光刻技术写出微型结构”之前，包括如下步骤：
[0013]剥除所述光纤的包层；
[0014]对光纤的端面进行切割处理。
[0015]一种回音壁模式折射率传感器，包括：
[0016]光纤，所述光纤的内部设有纤芯用于传递信号光；
[0017]微型结构，设置于所述光纤的其中一个端面，所述微型结构包括沿所述光纤中纤芯的长度延伸方向自靠近所述端面的一侧至远离所述端面的一侧依次设置的光栅底座、悬空光栅以及微球底座；
[0018]微球，所述微球设置于所述微球底座，所述微球的内部设有微球腔，所述微球与所述悬空光栅相互耦合。
[0019]上述回音壁模式折射率传感器，通过将微型结构设置于光纤的其中一个端面，能够有效地缩小回音壁模式折射率传感器所需的空间，从而能够适应空间狭小环境下的检测，并且能够实现微型结构与光纤的高效耦合，有利于提升光纤中信号光的利用效率以及回音壁模式折射率传感器的测量准确性；通过微型结构设置于纤芯的长度延伸方向、微球设置于微球底座，使得悬空光栅与微球之间存在一定的耦合间距，从而能够使微球与悬空光栅相互耦合，则光信息从纤芯出射后能够经过悬空光栅并形成衍射，衍射后的光信息能够耦合入微球的微球腔中形成共振，进而激发微球腔的回音壁模式，因此能够实现对折射率进行检测。
[0020]在其中一个实施例中，所述悬空光栅远离所述光栅底座的一侧设有金属薄膜。
[0021]在其中一个实施例中，所述金属薄膜的厚度范围为100nm
‑
300nm；和/或，
[0022]所述金属薄膜的材料为黄金。
[0023]在其中一个实施例中，所述悬空光栅为混合二维悬空光栅；和/或，
[0024]所述悬空光栅的周期范围为1.0μm
‑
1.2μm；和/或，
[0025]所述悬空光栅的占空比范围为40％
‑
60％；和/或，
[0026]所述悬空光栅的厚度范围为0.9μm
‑
1.1μm；和/或，
[0027]所述微球与所述悬空光栅之间的最短距离范围为0.8μm
‑
1.2μm。
[0028]在其中一个实施例中，所述微型结构还包括微漏斗，所述微漏斗架设于所述微球底座远离所述端面的一侧；所述微球通过所述微漏斗组装至所述微球底座。
[0029]在其中一个实施例中，所述所述微漏斗包括斗体以及支撑壁，所述支撑壁的一端连接于所述斗体的小端，所述支撑壁的侧面开有连通槽。
[0030]在其中一个实施例中，其特征在于，所述光纤为多芯光纤，所述微型结构的数量与所述多芯光纤的纤芯数量相匹配；和/或，
[0031]所述微型结构为光刻胶材料。
附图说明
[0032]图1为一实施例的回音壁模式折射率传感器的制备方法的流程图；
[0033]图2为一实施例的回音壁模式折射率传感器的结构示意图；
[0034]图3为一实施例的回音壁模式折射率传感器的稳定性测试光谱示意图；
[0035]图4为一实施例的回音壁模式折射率传感器的灵敏性测试光谱示意图；
[0036]图5为一实施例的回音壁模式折射率传感器对折射率与波长偏移量的线性关系图。
[0037]图中：
[0038]100、回音壁模式折射率传感器；10、光纤；20、微型结构；21、光栅底座；22、悬空光栅；23、微球底座；24、微漏斗；241、斗体；242、支撑壁；30、微球。
具体实施方式
[0039]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0040]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种回音壁模式折射率传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在光纤的端面通过光刻技术写出微型结构，所述微型结构包括沿所述光纤中纤芯的长度延伸方向由靠近所述端面的一侧至远离所述端面的一侧依次设置的光栅底座、悬空光栅、微球底座以及微漏斗；对所述微型结构进行显影及固化；将微球通过所述微漏斗组装至所述微球底座，直至所述微球与所述悬空光栅相互耦合。2.根据权利要求1所述的回音壁模式折射率传感器的制备方法，其特征在于，步骤“对所述微型结构进行显影及固化”之后，还包括如下步骤：将所述微型结构置于真空环境中；于所述悬空光栅远离所述光栅底座的一侧蒸镀金属薄膜。3.根据权利要求所述的回音壁模式折射率传感器的制备方法，其特征在于，步骤“在多芯光纤的端面通过光刻技术写出微型结构”之前，包括如下步骤：剥除所述光纤的包层；对光纤的端面进行切割处理。4.一种回音壁模式折射率传感器，其特征在于，包括：光纤，所述光纤的内部设有纤芯用于传递信号光；微型结构，设置于所述光纤的其中一个端面，所述微型结构包括沿所述光纤中纤芯的长度延伸方向自靠近所述端面的一侧至远离所述端面的一侧依次设置的光栅底座、悬空光栅以及微球底座；微球，所述微球设置于所述微球底座，所述微球的内部设有微球腔，所述微球与所述悬空光栅相互耦合。5.根据权利要求4所述的回音壁模式折射率传感器，其特征在于，所述悬空光栅远离所述光栅底座的一侧设有金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯飞杨，冯胜飞，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：