側(cè)邊拋磨光纖及其傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖應用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種側(cè)邊拋磨光纖及其傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]側(cè)邊拋磨光纖是在普通通信光纖上，利用光學微加工技術(shù)，將光纖的部分側(cè)邊包層去掉所制成的光纖。側(cè)邊拋磨光纖器件是利用側(cè)拋光纖中光通過倏勢場泄露到光纖外部的性能，在其拋磨面上制作各種光學結(jié)構(gòu)或淀積不同的薄膜材料而制作的各種光纖傳感器及光纖通信器件。
[0003]現(xiàn)有的光纖側(cè)邊拋磨工藝包括槽式側(cè)拋工藝和輪式側(cè)拋工藝兩種。槽式側(cè)拋工藝是將光纖放置在預先制作好的V型槽中，用環(huán)氧樹脂固定好，再采用不同粒徑的研磨料對光纖進行研磨和拋光。由這種方法制作得到的側(cè)拋光纖的剩余厚度由V型槽的尺寸來控制。因此提前根據(jù)光纖尺寸、拋磨剩余厚度的要求來制作高精度的V型槽是槽式側(cè)拋工藝的關(guān)鍵，也是該工藝復雜、耗時的原因之一。另一種輪式側(cè)拋工藝，采用固定有研磨料或拋磨砂紙的旋轉(zhuǎn)磨輪對水平放置的光纖進行拋磨，光纖的剩余厚度通過液滴法來測算。這種方法不需要提前制作高精度的V型槽，可通過拋磨進程中光功率的變化來計算出剩余厚度，大大地提高了側(cè)邊拋磨光纖的制作效率。然而，無論是槽式側(cè)拋工藝還是輪式側(cè)拋工藝，通常側(cè)拋光纖的制作都包括粗磨、細磨以及拋光工序，在光纖拋磨過程中需要更換不同粗細程度的研磨料或砂紙，最后再進行長時間的拋光來得到拋磨面細膩光滑的側(cè)拋光纖。上述傳統(tǒng)的拋磨工藝較復雜、耗時較長，而且光纖很容易在加工過程斷裂導致成品率低下。此外，制作側(cè)拋光纖器件通常還需要在側(cè)拋光纖表面再制作其它光學結(jié)構(gòu)或淀積不同材料的薄膜來實現(xiàn)一定的傳感或通信器件功能，這進一步增加了側(cè)拋光纖器件的制作難度和成本。因此，側(cè)拋光纖工藝復雜、耗時，側(cè)拋光纖器件制作難、成品率低下等問題已成為側(cè)拋光纖器件在光纖傳感和光纖通信領(lǐng)域應用的瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供了一種簡便的側(cè)邊拋磨光纖及其傳感器，以克服現(xiàn)有側(cè)邊拋磨光纖制備工藝復雜的缺陷。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:
[0005]一種側(cè)邊拋磨光纖，所述光纖為單模光纖，所述光纖的一側(cè)有一研磨區(qū)，所述研磨區(qū)的表面沿所述光纖的長度方向形成有若干劃痕；所述研磨區(qū)的表面與所述光纖的纖芯形成MZI干涉結(jié)構(gòu)。
[0006]進一步地，各劃痕沿所述光纖的長度方向有間斷。
[0007]進一步地，所述研磨區(qū)的長度為20mm至40mm。
[0008]進一步地，所述研磨區(qū)有一平坦區(qū)，所述單模光纖在所述平坦區(qū)各處的厚度一致；所述平坦區(qū)的表面距所述單模光纖的纖芯表面的距離小于2um。
[0009]一種傳感器，所述傳感器包括敏感部；
[0010]所述敏感部為一側(cè)邊拋磨光纖；
[0011]所述光纖為單模光纖，所述光纖的一側(cè)有一研磨區(qū)，所述研磨區(qū)的表面沿所述光纖的長度方向形成有若干不連續(xù)劃痕；所述研磨區(qū)的表面與所述光纖的纖芯形成MZI干涉結(jié)構(gòu)；
[0012]所述研磨區(qū)的長度為20mm至40mm ；
[0013]所述研磨區(qū)有一平坦區(qū)，所述單模光纖在所述平坦區(qū)各處的厚度一致；所述平坦區(qū)的表面距所述單模光纖的纖芯表面的距離小于2um。
[0014]本發(fā)明利用粗研磨料在單模光纖的側(cè)面沿光纖長度方向進行研磨，使研磨區(qū)的表面沿光纖的長度方向自然形成若干劃痕，在研磨過程中實時監(jiān)測單模光纖的傳輸光譜，當檢測到傳輸光譜形成高對比度MZI干涉光譜時停止研磨即可制成具有MZI干涉結(jié)構(gòu)的側(cè)邊拋磨光纖。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明簡化了傳統(tǒng)的光纖側(cè)邊研磨工藝，可與現(xiàn)有設(shè)備兼容，同時，不需要細磨、拋光工序，縮短了側(cè)邊拋磨光纖的制備時間。制備的側(cè)邊拋磨光纖的傳輸光譜中可形成高對比度的干涉光譜，無需其它后續(xù)光學結(jié)構(gòu)，可直接作為傳感器的敏感部應用于眾多測試領(lǐng)域，具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、響應速度快、使用便捷等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0015]圖1:通過上述方法制備完成的側(cè)邊拋磨光纖的研磨區(qū)側(cè)面形狀示意圖；
[0016]圖2:通過上述方法制備完成的側(cè)邊拋磨光纖的研磨區(qū)中平坦區(qū)的截面形狀示意圖；
[0017]圖3:通過上述方法制備完成的側(cè)邊拋磨光纖的研磨區(qū)的俯視圖；
[0018]圖4:通過上述方法制備完成的側(cè)邊拋磨光纖的研磨區(qū)中平坦區(qū)與單模光纖纖芯構(gòu)成的MZI干涉結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖5:制備側(cè)邊拋磨光纖的過程中，單模光纖傳輸光譜隨光纖在平坦區(qū)的厚度的減小而改變的過程示意圖；
[0020]圖6:采用800目粗砂紙研磨，研磨區(qū)長度為30mm，研磨至光纖在平坦區(qū)的厚度為68.1um時該光纖的傳輸光譜不意圖；
[0021]圖7a:將圖6中的側(cè)邊拋磨光纖應用于溫度測試時干涉峰Dipl、Dip2的位置隨外界溫度升高而逐漸向長波方向漂移的測試譜圖；
[0022]圖7b:將圖6中的側(cè)邊拋磨光纖應用于溫度測試時干涉峰的波長漂移量與溫度之間的關(guān)系圖；
[0023]圖8a:將圖6中的側(cè)邊拋磨光纖應用于應力測試時干涉峰Dipl、Dip2的位置隨外界應力升高而逐漸向短波方向漂移的測試譜圖；
[0024]圖8b:將圖6中的側(cè)邊拋磨光纖應用于應力測試時干涉峰的波長漂移量與軸向應力之間的關(guān)系圖；
[0025]圖9a:將圖6中的側(cè)邊拋磨光纖應用于應力測試時干涉峰Dipl、Dip2的位置隨酒精氣體濃度升高而逐漸向長波方向漂移的測試譜圖；
[0026]圖9b:將圖6中的側(cè)邊拋磨光纖應用于應力測試時干涉峰的波長漂移量與酒精氣體濃度之間的關(guān)系圖。
[0027]圖10:側(cè)邊拋磨光纖的制備裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0028]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。
[0029]本實用新型實施例提供的側(cè)邊粗研磨光纖是通過將單模光纖無扭曲地自然拉直，并將其兩端固定，然后利用粗研磨料在單模光纖的一側(cè)沿單模光纖的長度方向?qū)文９饫w進行來回研磨，使研磨區(qū)的表面沿單模光纖的長度方向形成若干劃痕，并在研磨過程中，實時監(jiān)測單模光纖的傳輸光譜，并在當傳輸光譜形成高對比度MZI (馬赫-曾德爾)干涉光譜時停止研磨的方法制成的。制備完成的側(cè)邊粗研磨單模光纖的一側(cè)有一研磨區(qū)，該研磨區(qū)的側(cè)面形狀如圖1所示，從圖中可以看出，該研磨區(qū)具有一個平坦區(qū)I及兩個厚度漸變區(qū)2，其中研磨區(qū)的長度大約8.5_，此時平坦區(qū)I的長度大約4_，兩側(cè)各厚度漸變區(qū)長度大約2-2.5mm，單模光纖在平坦區(qū)I的厚度約為66_68um，且在平坦區(qū)I各處厚度一致。單模光纖的平坦區(qū)I通常是設(shè)計單模光纖傳感器、光通信器件或其他單模光纖器件的有效區(qū)域，因此平坦區(qū)I的厚度需要精確控制。圖2即為該平坦區(qū)I的截面示意圖，其截面類似“D”字形。圖2中，d為平坦區(qū)I表面距單模光纖纖芯表面的距離，D為單模光纖在平坦區(qū)I的厚度。一般而言，對普通單模光纖(纖芯直徑8.lum，包層直徑125um)，當研磨至單模光纖在平坦區(qū)I的厚度D小于72um時，單模光纖傳輸光譜不再是單一的損耗線而逐漸出現(xiàn)波紋。在研磨過程中，可實時監(jiān)測平坦區(qū)I的表面距單模光纖的纖芯表面的距離，當單模光纖研磨至平坦區(qū)I表面距單模光纖纖芯表面的距離d小于2um時，單模光纖傳輸光譜演變?yōu)榫哂懈邔Ρ榷雀缮娣宓腗ZI干涉光譜，此時即可停止研磨。將采用800目粗砂紙制作完成的側(cè)邊粗研磨單模光纖的研磨區(qū)朝上放置于20倍顯微鏡下觀測，得到側(cè)邊粗磨單模光纖的研磨區(qū)的俯視圖如圖3所示，從圖中可以看到，由于使用粗砂紙研磨而未經(jīng)細磨與拋光工序，制備而成的側(cè)邊粗磨單模光纖的研磨區(qū)表面呈現(xiàn)大量平行、且沿單模光纖長度方向不連續(xù)的表面劃痕，這種特殊的光波導結(jié)構(gòu)將使研磨區(qū)的表面與單模光纖的纖芯形成MZI干涉結(jié)構(gòu)，MZI干涉結(jié)構(gòu)將導致單模光纖的傳輸光譜形成MZI干涉光譜。平坦區(qū)I與單模光纖纖芯構(gòu)成的MZI干涉結(jié)構(gòu)如圖4所示，光(如箭頭所示)在纖芯3中傳輸，遇到第一個單模光纖劃痕4后分為兩路，一路繼續(xù)在纖芯3中傳輸，另一路被激發(fā)為高階模沿著劃痕4下方傳輸，該路光在遇到下一個劃痕4后被激發(fā)的高階模耦合回纖芯3并與纖芯3中的基模發(fā)生干涉。這樣，纖芯3中的光經(jīng)過一系列的劃痕4的分光及耦合干涉，最終在側(cè)邊粗研磨單模光纖的傳輸光譜中形成MZI干涉光