一种全光压力传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种全光压力传感器，包括自上而下依次堆叠的柔性透明基层、敏感薄膜、第一光纤、第二光纤和红外窗口基片；所述敏感薄膜依附于所述柔性透明基层底部；所述第一光纤和第二光纤均为拉锥形成的两端粗中间细的锥形段，且第一光纤和第二光纤的锥形段耦合形成耦合锥区；所述耦合锥区位于所述敏感薄膜与红外窗口基片之间；所述柔性透明基层、红外窗口基片折射率大于空气折射率、且小于所述第一光纤和第二光纤的折射率。本发明专利技术的全光压力传感器采用第一光纤、第二光纤拉锥耦合形成耦合拉锥，通过调制光源在监测微小压力变化时同步放大信号光源功率，可实时调控压力传感器量程，实现微小压力扰动检测。实现微小压力扰动检测。实现微小压力扰动检测。

【技术实现步骤摘要】
一种全光压力传感器


[0001]本专利技术涉及光通信及光传感
，尤其涉及一种全光压力传感器。

技术介绍

[0002]近年来，电子学器件的发展由于自身性能局限，已经不能满足人们对信号传输中响应速度、稳定时长和结构简化等日益增长的需求，光子学器件逐渐取而代之在信息传输和控制领域迎来了大发展，但传统的光子学器件在使用中“电光”“热光”相互转换能量损耗高、响应时间长、且结构复杂导致制备成本居高不下，因此光子学器件提高灵敏度、节能降本和可集成化成为了该领域的一个发展趋势。
[0003]随着光纤技术的逐步提高，微纳光纤由于耦合损耗低、倏逝场传播比例大、光束缚能力强、色散可调和小质量等显著特点，被广泛应用在导波及近场光学耦合、有源发光器件、微纳光学传感器、非线性光学、量子及原子光学和表面等离激元以及光机械学等领域中。
[0004]5G和物联网技术的大力发展，带来了生产生活中对传感器在工业生产和生活娱乐中的需求越来越多增长。光学传感器成为众多高响应需求、高精密诊断的不二之选，其中，将传感技术和光纤材料相结合制备传感器已经成为十分突出的应用成果之一。随着光学传感领域对高性能和多功能性的不断追求，以及生物学和纳米技术的发展需要，小尺寸光纤传感器已经成为光学传感的重要发展方向。
[0005]基于微纳光纤的传感器在精密传感领域上拥有许多优势，全光结构具有光无源特性、抗电磁干扰能力强、且架构简单使用引线数量少，器件的微纳光纤尺寸更适合紧凑空间里的集成安装。然而，现有的全光传感器，在感受外界刺激时（如微压信号）不敏感，容易出现误报或在微小刺激信号无感，从而限制全光器件的应用范围。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种可对信号光源调整的全光压力传感器，提高压力传感器对微小压力扰动检测性能。
[0007]技术方案：本专利技术所述的一种全光压力传感器，包括自上而下依次堆叠的柔性透明基层、敏感薄膜、第一光纤、第二光纤和红外窗口基片；所述敏感薄膜依附于所述柔性透明基层底部；所述第一光纤和第二光纤均为拉锥形成的两端粗中间细的锥形段，且第一光纤和第二光纤的锥形段耦合形成耦合锥区；所述第一光纤连接信号光源，第二光纤连接调制光源；所述耦合锥区位于所述敏感薄膜与红外窗口基片之间；所述柔性透明基层、红外窗口基片折射率大于空气折射率、且小于所述第一光纤和第二光纤的折射率。
[0008]优选的，所述柔性透明基层为PDMS或PMMA材料制得柔性结构。
[0009]优选的，所述敏感薄膜材质为石墨烯、二硫化钼、二硒化铂中的一种或多种。
[0010]优选的，所述红外窗口基片材质为氟化钙、氟化镁、氟化锂中的一种或多种；优选的，所述红外窗口基片直径为35
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40mm，厚度为3
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5mm。
[0011]优选的，所述耦合锥区为两根单模通信光纤耦合拉锥制得的单一通道微纳光纤；优选的，所述耦合锥区直径为5
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10μm，锥区长度为3
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10mm。
[0012]优选的，所述柔性透明基层底面与敏感薄膜对应形成覆盖区，且柔性透明基层表面形成扇形、半椭圆形或半圆形的施压面。
[0013]优选的，所述覆盖区面积为1
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2cm2，柔性透明基层的厚度为1
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4mm。
[0014]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下突出的优点：1、本专利技术实施例的全光压力传感器采用第一光纤、第二光纤拉锥耦合形成耦合拉锥，通过调制光源在监测微小压力变化时同步放大信号光源功率，可实时调控压力传感器量程，实现微小压力扰动检测；2、采用全光结构，具有体积小、集成度高、光损耗低、系统误差小的优点；封装简单、成本低；廉抗电磁干扰、响应速度快，覆盖可见光及近红外波段的宽光带工作波长；3、采用聚合物作为柔性透光基层，附着和穿戴性能好，避免在挤压下过度加剧光源损耗；4、采用PDMS材料制备柔性透明基层，通过调节原材料的配比改变折射率，在光源传输过程中按照监测需要调控微纳光纤周围倏逝场变化和器件灵敏度。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的全光压力传感器立体结构示意图；图2为图1中全光压力传感器径向剖视图；图3为图1中第一光纤、第二光纤及其耦合锥区结构示意图；图4为全光压力传感器的调制性能曲线；图5为二硫化钼压力传感器在不同调制光源功率强度下对信号光源的饱和吸收曲线。
[0016]附图标记：1、柔性透明基层；2、敏感薄膜；3、第一光纤；4、第二光纤；5、耦合锥区；6、红外窗口基片；7、施压面；8、覆盖区。
具体实施方式
[0017]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图1
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5所示，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0018]结合图1
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2所示，本专利技术的一种全光压力传感器，全光压力传感器包括自上而下依次堆叠的柔性透明基层1、敏感薄膜2、第一光纤3、第二光纤4和红外窗口基片6。柔性透明基层1采用PDMS或PMMA材料制得柔性结构，PDMS材料为聚二甲基硅氧烷材料，PDMS材料具有较佳弹性和粘性，以便于敏感薄膜与柔性透明基层的连接；PMMA材料为聚甲基丙烯酸甲酯材料，PMMA材料制得轻薄的柔性透明基层；柔性透明基层1底面与敏感薄膜2对应形成覆盖区8，且柔性透明基层1表面形成扇形、半椭圆形或半圆形的施压面7；覆盖区8面积为1
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2cm2，柔性透明基层1的厚度为1
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4mm，该种形状的柔性透明基层1可更精确的感受全光传感器承受的压力信号。敏感薄膜2负载于柔性透明基层1底部，敏感薄膜2材质可采用石墨烯、二硫化钼或二硒化铂等材料制得，敏感薄膜可对通过光纤的光信号进行调制和信号放大。第一光纤3、第二光纤4均为单模通信微纳光纤，第一光纤3和第二光纤4采用拉锥工艺形成的两
端粗中间细的锥形段，第一光纤3和第二光纤4的锥形段耦合形成耦合锥区5，耦合锥区5为耦合而成的管状结构，耦合锥区5直径为5
‑
10μm，锥区长度为3
‑
10mm；第一光纤3连接信号光源，第二光纤4连接调制光源，当信号光源通过第一光纤时，基于微纳光纤拥有较强的倏逝场可以与敏感薄膜进行强的相互作用，较长的耦合锥区提高全光传感器对光源信号的有效调控。耦合锥区5位于敏感薄膜2与红外窗口基片6之间，红外窗口基片6可采用氟化钙、氟化镁或氟化锂等材料制得；红外窗口基片6直径为35
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40mm，厚度为3
‑
5mm。
[0019]柔性透明基层1、红外窗口基片6折射率大于空气折射率、且小于第一光纤3和第二光纤4的折射率。如柔性透明基层1的折射率为1.413，红外窗口基片6的折射率为1.428，微纳光纤的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全光压力传感器，其特征在于，包括自上而下依次堆叠的柔性透明基层（1）、敏感薄膜（2）、第一光纤（3）、第二光纤（4）和红外窗口基片（6）；所述敏感薄膜（2）依附于所述柔性透明基层（1）底部；所述第一光纤（3）和第二光纤（4）均为拉锥形成的两端粗中间细的锥形段，且第一光纤（3）和第二光纤（4）的锥形段耦合形成耦合锥区（5）；所述第一光纤（3）连接信号光源，第二光纤（4）连接调制光源；所述耦合锥区（5）位于所述敏感薄膜（2）与红外窗口基片（6）之间；所述柔性透明基层（1）、红外窗口基片（6）折射率大于空气折射率、且小于所述第一光纤（3）和第二光纤（4）的折射率。2.根据权利要求1所述的全光压力传感器，其特征在于，所述柔性透明基层（1）为PDMS或PMMA材料制得柔性结构。3.根据权利要求1所述的全光压力传感器，其特征在于，所述敏感薄膜（2）材质为石墨烯、二硫化钼、二硒化铂中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的全光压力传感器，其特征在于，所述红外窗口基片（6）材...

【专利技术属性】
技术研发人员：任杨阳，于永芹，卢海洋，章瑛，赵俊清，冯鸣，
申请(专利权)人：深圳技术大学，
类型：发明
国别省市：