【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤传感器领域，具体涉及一种基于双界面表面等离子波的光纤温度传感器及其制作方法。
技术介绍
1、光纤温度传感器是一种常见的光纤传感器类型，其工作原理基于热光学效应，通过检测光纤中的光衰减或相位变化，可以推断出温度的变化。评估光纤温度传感器的性能时，温度灵敏度是一个重要指标，温度灵敏度是一个描述光学传感器对外界环境温度变化的响应能力的参数。温度灵敏度通常由公式s＝dλ/dt来表示，即灵敏度等于单位温度变化引起的波长变化量。高灵敏度的光纤温度传感器在实际感测过程中能有效降低误报率和漏报率，增强其在各种应用场景中的可靠性和精度。
2、在线型mzi(mach-zehnder interferometer，马赫-曾德尔干涉仪)光纤传感器，由两个分束器和两个光程不等的光路组成，光从一个入口分束器分成两束，然后在两个光路中传播，之后再由出口分束器合并。光路中的其中一个分支包含待测物体或待测环境，称为传感臂，传感臂的长度会因待测物体的性质而变化，导致光程的变化。而另一个分支作为参考，称为参考臂，其长度一般保持恒定，以提供一个固定的光程。由于参考臂和传感臂的光程不等，所以在光重新合并时，它们会发生干涉。由于在线型mzi光纤传感器具有结构简单、操作方便及灵敏度高等特点，广泛应用于温度、压力、应变、湿度及气体浓度等物理量的感测。然而，由于光纤的包层和芯层均为二氧化硅材料，因此包层模与芯层模具有非常接近的有效折射率，这种情况下，为了积累足够的相位差，在线型mzi光纤传感器的干涉长度通常长达数个厘米，导致器件整体的体积较大。因此
3、spw(surface plasmon wave，表面等离子波)是沿着金属和电介质界面传播的一种电磁表面波，入射光波必须满足tm波(横磁波)的条件才能将其激发。spw在表面处场强最大，在垂直于界面方向是指数衰减场，具有光场增强特性及局域性特性，在开发紧凑型亚波长光电子器件方面具有显著潜力。spw的工作原理基于spr(surface plasmon resonance，表面等离子共振)现象，当入射光波的角度和波长满足特定条件时，光能耗散到金属-介质界面，形成spw。spw的特性使其对环境参数的变化非常敏感，包括温度的变化。对于spw，除了这种最常见的全内反射激发方式，还可以把金属薄膜视作一波导，通过端面耦合激励(end-fire)的方式亦可激发传播态的spw，并且激发效率高。
4、如何将mzi和spw相结合，发挥它们各自的独特优势，开发出具有高灵敏度和微型化特性的高性能光纤温度传感器，实现免标记、非破坏性、远距离、实时的温度在线监测，具有重要的实际应用价值。
5、此外，现有的光纤温度传感器的结构还普遍存在以下两个问题：一是缺乏对光纤的有效保护措施，二是缺乏能够高效感测微剂量液体样品温度的手段。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，针对现有技术中的不足，提供一种基于双界面表面等离子波的光纤温度传感器及其制作方法，其具有结构紧凑、灵敏度高、制作过程简单且性能稳定的特性。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种基于双界面表面等离子波的光纤温度传感器，包括d型光纤、第一标准单模光纤和第二标准单模光纤；
4、所述d型光纤由一段标准单模光纤沿径向切面去除掉一半形成，使得d型光纤的纤芯暴露于径向切面；所述d型光纤的径向切面上设置有金薄膜波导，金薄膜波导上设置有pdms层；
5、所述d型光纤、第一标准单模光纤和第二标准单模光纤的轴线位于同一直线上，第一标准单模光纤和第二标准单模光纤分别连接于d型光纤的两端。
6、进一步地，还包括毛细玻璃管，所述毛细玻璃管包裹于d型光纤、第一标准单模光纤和第二标准单模光纤的外侧，并通过粘合剂与第一标准单模光纤和第二标准单模光纤的包层外表面粘接固定；所述毛细玻璃管在d型光纤的径向切面上方形成一d型微腔体，所述d型微腔体上方中部的毛细玻璃管上开设有一开口，所述d型微腔体通过所述开口与外部连通。
7、进一步地，所述d型光纤的长度为100μm至5mm。
8、进一步地，所述毛细玻璃管上的开口长度为d型光纤长度的一半。
9、进一步地，所述金薄膜波导的厚度为50～300nm，所述pdms层的厚度为300nm～60μm。
10、进一步地，所述金薄膜波导的厚度为60nm，所述pdms层的厚度为50μm。
11、一种以上所述的基于双界面表面等离子波的光纤温度传感器的制作方法，包括以下步骤：
12、s1、对第三标准单模光纤的其中一段进行处理，沿径向切面去除一半，使得纤芯暴露在外，制成d型光纤；
13、s2、将d型光纤的两端分别与第一标准单模光纤和第二标准单模光纤同轴连接，以形成光纤主体；
14、s3、将光纤主体包裹于一毛细玻璃管内，以在d型光纤的径向切面上方形成一d型微腔体，然后在d型微腔体上方中部的毛细玻璃管上切割出一条开口；
15、s4、采用蒸镀法，通过所述开口在d型微腔体的底部沉积金，以形成金薄膜波导，然后暂时移除毛细玻璃管；
16、s5、在金薄膜波导的上方制作pdms层。
17、进一步地，所述s5具体包括：
18、s501、测量出所需量的pdms基料，并使之与固化剂以10：1的重量比均匀混合；
19、s502、将混合好的pdms混合液置于真空泵中，进行真空脱气；
20、s503、将处理好的pdms混合液通过溶液滴涂或溶液喷涂的方式添加到金薄膜波导的上方；静置一段时间后，pdms混合液在金薄膜波导上方固化形成pdms层。
21、进一步地，所述制作方法还包括：
22、s6、将所述毛细玻璃管重新包裹于光纤主体外部，并通过粘合剂将毛细玻璃管与第一标准单模光纤和第二标准单模光纤的包层外表面粘接固定。
23、进一步地，在s6中，将所述毛细玻璃管重新包裹于光纤主体外部时，将所述毛线玻璃管上的开口设置于d型光纤的径向切面上方中部。
24、本专利技术提供的一种基于双界面表面等离子波的光纤温度传感器，具有较高的温度灵敏度，其对环境温度变化非常敏感，可实现细微温度变化的精准感测；同时，本专利技术的光纤温度传感器还具备结构紧凑、耦合损耗小、安全可靠、制作过程相对简单且性能稳定的优点。此外，本专利技术在提升光纤温度传感器性能的同时，还通过毛细玻璃管为光纤提供了有效的保护措施，并且为微剂量液体样品的温度感测提供了精准高效的手段。
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1.一种基于双界面表面等离子波的光纤温度传感器，其特征在于，包括D型光纤、第一标准单模光纤和第二标准单模光纤；
2.根据权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于，还包括毛细玻璃管，所述毛细玻璃管包裹于D型光纤、第一标准单模光纤和第二标准单模光纤的外侧，并通过粘合剂与第一标准单模光纤和第二标准单模光纤的包层外表面粘接固定；所述毛细玻璃管在D型光纤的径向切面上方形成一D型微腔体，所述D型微腔体上方中部的毛细玻璃管上开设有一开口，所述D型微腔体通过所述开口与外部连通。
3.根据权利要求2所述的光纤温度传感器，其特征在于，所述D型光纤的长度为100μm至5mm。
4.根据权利要求3所述的光纤温度传感器，其特征在于，所述毛细玻璃管上的开口长度为D型光纤长度的一半。
5.根据权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于，所述金薄膜波导的厚度为50～300nm，所述PDMS层的厚度为300nm～60μm。
6.根据权利要求5所述的光纤温度传感器，其特征在于，所述金薄膜波导的厚度为60nm，所述PDMS层的厚度为50μm。
8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述S5具体包括：
9.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括：
10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，在S6中，将所述毛细玻璃管重新包裹于光纤主体外部时，将所述毛线玻璃管上的开口设置于D型光纤的径向切面上方中部。
...【技术特征摘要】
1.一种基于双界面表面等离子波的光纤温度传感器，其特征在于，包括d型光纤、第一标准单模光纤和第二标准单模光纤；
2.根据权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于，还包括毛细玻璃管，所述毛细玻璃管包裹于d型光纤、第一标准单模光纤和第二标准单模光纤的外侧，并通过粘合剂与第一标准单模光纤和第二标准单模光纤的包层外表面粘接固定；所述毛细玻璃管在d型光纤的径向切面上方形成一d型微腔体，所述d型微腔体上方中部的毛细玻璃管上开设有一开口，所述d型微腔体通过所述开口与外部连通。
3.根据权利要求2所述的光纤温度传感器，其特征在于，所述d型光纤的长度为100μm至5mm。
4.根据权利要求3所述的光纤温度传感器，其特征在于，所述毛细玻璃管上的开口长度为d型光纤长度的一半。
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【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，李俊明，余满林，肖鲲鹏，赵韦人，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：
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