一种基于蜘蛛丝和微纳光纤的湿度传感器及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种基于蜘蛛丝和微纳光纤的湿度传感器及其制作方法。蜘蛛丝与标准单模光纤拉锥成的微纳光纤分别是Mach

【技术实现步骤摘要】
一种基于蜘蛛丝和微纳光纤的湿度传感器及其制作方法


[0001]本专利技术属于光纤传感
，特别是涉及一种基于蜘蛛丝和微纳光纤的湿度传感器及其制作方法。

技术介绍

[0002]光纤有其不受电磁干扰、绝缘性好、耐腐蚀、导光性优良等特点。童利民等提到的加热二步拉伸法可制备出小直径的微纳光纤。微纳光纤的直径接近或小于传输光波长的波导，具有表面光滑、机械性能高、强倏逝场等特性。与其它种类的光波导(如硅基平面波导、金属表面等离子体波导)相比，微纳光纤具有较低的耦合损耗、较低粗糙度的波导表面、大百分比的倏逝场、质量小和灵活的色散特性等优点。这些特性使得微纳光纤在光纤光学、近场光学、非线性光学和量子光学等基础研究和微纳尺度的光传输、耦合、调制、谐振、放大和传感等器件方面都具有潜在的应用价值。目前，不断发展的微纳光纤已被广泛应用于探测、医疗、通信等各个领域。微纳光纤凭借体积小，与其他光电器件有良好的兼容性，与微纳光纤结合的光纤传感器也逐渐成为一种新兴传感平台。
[0003]N.Huby等人提出了蜘蛛丝可以作为一种生物光纤。蛛丝蛋白由丙氨酸组成的β
‑
折叠和富含脯氨酸的A
‑
螺旋，及其紧密的二级结构使蜘蛛丝成为一种半结晶状态的分子弹簧结构，决定了其具有强度高，韧性大等一些重要特点。蜘蛛丝还具有良好导热率、超收缩性、光学特性、对湿度敏感有较好亲水性等特点。蜘蛛丝纳米量级的直径可以产生强倏逝场。
[0004]尽管微纳光纤的强倏逝场可以很好的与外界环境相互作用，但是由于玻璃光纤本身的材质限制，对外界的湿度变化响应并不明显，灵敏度也不高，需要借助湿度敏感材料来测量，包括在微纳光纤表面形成敏感膜层去对周围环境湿度进行传感响应，如现有的采用SnO2、Al2O3、石墨烯、SiO2等敏感材质的膜层对外界湿度变化的进行响应；利用涂覆聚乙烯醇亲水性材料的环形微纳光纤制成相对湿度传感器；还有将微纳光纤制作成谐振腔，并把琼脂糖凝胶溶液在微纳光纤谐振器的干涉臂上形成薄膜，在湿度越高的环境下对湿度变化的灵敏度越大；将蜘蛛包卵丝打成u形并将两端分别嵌入单芯双孔光纤的双孔中形成FP腔，蜘蛛包卵丝吸水后折射率发生变化，引起光谱漂移，从而计算湿度变化。这些测量湿度的方法大多利用亲水性材料涂敷微纳光纤或对微纳光纤先进行加工后再涂覆敏感材料来测量，加工程序复杂，成本高，此外将蜘蛛丝与特种光纤组合测量湿度的结构，会使加工成本变高，但还未有将微纳光纤和蜘蛛丝组合在一起的湿度传感器。

技术实现思路

[0005]为了克服现有测量仪器加工程序复杂，成本高等问题，本专利技术提出一种基于蜘蛛丝和微纳光纤的湿度传感器及其制作方法，该湿度传感器通过微纳光纤和蜘蛛丝，提高了测量灵敏度，大大减少了制作成本及复杂度。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于蜘蛛丝和微纳光纤的湿度传感器的制作方法，包括以下步骤：
[0007]取一段单模光纤，将单模光纤制作成微纳光纤，将制作好的微纳光纤固定在氟化镁片上，并使光纤两端伸出氟化镁片；
[0008]将蜘蛛丝固定在所述微纳光纤的一侧，并把蜘蛛丝两端弯向微纳光纤，蜘蛛丝中间部分远离微纳光纤，组成MZ干涉结构；
[0009]将光源连接到所述微纳光纤的一端，光电探测器固定在所述微纳光纤的另一端，获得湿度传感器。
[0010]优选地，所述将单模光纤制作成微纳光纤的方法包括：
[0011]剥除光纤外的涂覆层，对裸光纤区域进行加热，将光纤加热到熔融状态时，拉伸加热区两端光纤，制得微纳光纤。
[0012]一种基于蜘蛛丝和微纳光纤的湿度传感器，包括：光源、MZ干涉结构、光电探测器；
[0013]所述光源用于发射光；
[0014]所述MZ干涉结构与所述光源连接，用于产生干涉光；
[0015]所述光电探测器与所述MZ干涉结构连接，用于探测接收和记录所述MZ干涉结构产生的干涉光。
[0016]优选地，所述MZ干涉结构包括微纳光纤、蜘蛛丝、氟化镁片；
[0017]所述微纳光纤与所述光源连接，用于通过光；
[0018]所述蜘蛛丝固定在所述微纳光纤的一侧，并且两端靠近所述微纳光纤，中间远离所述微纳光纤，用于与所述微纳光纤耦合光并共同产生干涉光；
[0019]所述氟化镁片用于固定所述微纳光纤和蜘蛛丝。
[0020]本专利技术公开了以下技术效果：
[0021]本专利技术利用了天然生物蛋白蜘蛛丝的化学稳定、导光性、亲水性、可降解的生物性质和微纳光纤质量小、倏逝场强的特点，将蜘蛛丝和微纳光纤进行组合成MZ干涉结构，此结构具有尺寸小、灵敏度高，成本低的特点，减小了传感器的尺寸，为光学传感器领域提供了便利和环保的测量装置。
附图说明
[0022]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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为本专利技术实施例的湿度传感器的整体结构示意图；
[0024]图2为本专利技术实施例的MZ干涉结构示意图；
[0025]图3为本专利技术实施例的干涉光的波长扫描图；
[0026]图中：1
‑
光源、2
‑
微纳光纤、3
‑
蜘蛛丝、4
‑
光电探测器。
具体实施方式
[0027]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，而不是全部的实施例。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他
实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]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，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0029]实施例一
[0030]如图1所示，一种基于蜘蛛丝和微纳光纤的湿度传感器，包括光源1，微纳光纤2，蜘蛛丝3和光电探测器4，微纳光纤2具有第一端口和第二端口，光源1的输出端与微纳光纤2的第一端口连接，微纳光纤2的第二端口连接光电探测器4的输入端。蜘蛛丝3置于微纳光纤2的旁边，并将蜘蛛丝3的两端向微纳光纤2弯曲，两者之间的距离大约0.1μm，满足倏逝场耦合条件，实现微纳光纤与蜘蛛丝之间的光耦合。
[0031]实施例二
[0032]一种基于蜘蛛丝和微纳光纤的湿度传感器的制作方法，包括：
[0033]步骤1：取一段单模光纤，去除光纤中间一部分的涂覆层，使中间剩下裸光纤，将裸光纤固定并夹紧在夹具上，通过点燃氢氧焰将裸光纤区域进行加热，待加热区光纤呈熔融状态时，通过电机驱动夹具向两边以一定速度向两边同时拉伸，制得直径为5微米
‑
300纳米，长为1
‑
15mm的微纳光纤2，将制得的微纳光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于蜘蛛丝和微纳光纤的湿度传感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：取一段单模光纤，将单模光纤制作成微纳光纤，将制作好的微纳光纤固定在氟化镁片上，并使光纤两端伸出氟化镁片；将蜘蛛丝固定在所述微纳光纤的一侧，并把蜘蛛丝两端弯向微纳光纤，蜘蛛丝中间部分远离微纳光纤，组成MZ干涉结构；将光源连接到所述微纳光纤的一端，光电探测器固定在所述微纳光纤的另一端，获得湿度传感器。2.根据权利要求1所述的基于蜘蛛丝和微纳光纤的湿度传感器的制作方法，其特征在于，所述将单模光纤制作成微纳光纤的方法包括：剥除光纤外的涂覆层，对裸光纤区域进行加热，将光纤加热到熔融状态时，拉伸加热区两端光纤，制得微纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚勋，赵丹妮，于津健，宋清浩，汤晓云，刘志海，张羽，苑立波，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：