專利名稱：一種光纖琺珀傳感器及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光纖傳感技術領域，具體涉及一種多參數(shù)測量光纖琺珀傳感器的設計。
背景技術：
近年來，隨著生物、醫(yī)學、能源、環(huán)境、航天航空、軍事等領域的快速發(fā)展，對傳感器的微型化、輕量化、低能耗、耐惡劣環(huán)境能力等提出非常迫切的要求，微納傳感器已成為國際上的重大科技前沿熱點之一。激光微加工技術的迅猛發(fā)展為研究新一代微納光纖傳感器件提供了新的技術手段，因此如何應用激光等現(xiàn)代微納加工技術在光纖上實現(xiàn)各種微納功能性傳感器器件是未來光纖傳感器發(fā)展的重要趨勢。在應對各種復雜的測試環(huán)境，如航空航天等領域，對傳感器在對高溫下的特性也提出了急迫的要求，如何解決傳感器在高溫下的測量是傳感器領域中的一個十分前沿和重大的科學課題。在高溫環(huán)境下，測量溫度參數(shù) 具有同樣重要的意義，如何實現(xiàn)傳感器在測量指定參數(shù)的同時對溫度參數(shù)的測量也是傳感器領域中的一個十分前沿和重大的科學課題。在光纖傳感器中，作為溫度、加速度和壓力測量的傳感器主要是布拉格光纖光柵(Fiber Bragg Grating, FBG)和法拍(Fabry Perot, FP)腔干涉儀，F(xiàn)BG由于其溫度與其它被測量的交叉敏感性和在大應變下光譜畸變使其應用受到了較大的限制。琺珀傳感器由于溫度與其它被測量的交叉敏感性小的特點很適合溫度、加速度和壓力測量。本申請人之前在CN200810305317. O中提出了一種用激光加工可測量加速度和壓力的光纖琺珀傳感器，提供了一種光學性能好、量程可調的光纖琺珀傳感器FBG由于其溫度與其它被測量的交叉敏感性受到了較大的限制，所以單一 FBG傳感器無法實現(xiàn)溫度和其他參數(shù)的同時測量?，m珀傳感器由于溫度與其它被測量的交叉敏感性小的特點很適合溫度、加速度和壓力測量，但目前可實現(xiàn)溫度和其他參量同時測量的琺珀傳感器采用的是多個傳感器復用的方法，結構相對復雜。

發(fā)明內容
針對上述問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種可以對溫度和壓力或者溫度和加速度同時測量的光纖法拍傳感器。本發(fā)明的技術方案為一種光纖法拍傳感器，包括光纖和被接光纖，在所述光纖或/和被接光纖的端面設有微槽，所述光纖和被接光纖對接連接在一起，所述微槽形成FP腔，所述FP腔的光學發(fā)射面為平面，所述光纖琺珀傳感器的外端面加工成薄片，在所述薄片中間位置刻蝕出一個凸起的圓柱體。進一步的,所述薄片的厚度小于60微米。進一步的，所述圓柱體的厚度為10到30微米，直徑10到60微米。進一步的，所述光纖和被接光纖是采用石英、聚合物、寶石或光子晶體材料制成的單?；蚨嗄９饫w。
本發(fā)明的另一目的是提供一種上述光纖琺珀傳感器的制作方法，可以批量化制作各種量程的琺珀傳感器，具體包括如下步驟A.在光纖或/和被接光纖的端面加工微槽；B.將光纖和被接光纖的端面對接在一起，所述微槽形成空氣FP腔，所述FP腔的光學反射面是端面，該端面為第一個光學反射平面；C.將光纖或被接光纖切割一部分，使被切面形成光纖琺珀傳感器的外端面；D.在C步驟形成的端面加工一個圓柱體，該圓柱體即為實心琺珀腔，圓柱體外端面形成第二個光學反射面。進一步的，步驟A所述的加工是采用激光加工、飛秒激光加工、粒子束刻或電子束刻蝕。 進一步的，步驟B所述的對接采用激光熔接、電弧熔接、鍍膜對接或粘接。進一步的，步驟C所述的切割是采用光加工、飛秒激光加工、粒子束刻蝕或電子束刻蝕。進一步的，步驟D所述的加工是采用光加工、飛秒激光加工、粒子束刻蝕或電子束刻蝕。本發(fā)明的具體工作原理本發(fā)明的光纖琺珀傳感器的通過所形成的空氣琺珀腔端面受壓力或加速度的作用產(chǎn)生的變化實現(xiàn)對應壓力或加速度的測量，通過所形成的實心琺珀腔受溫度影響所產(chǎn)生的變化實現(xiàn)對溫度的測量。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的光纖琺珀傳感器實現(xiàn)了傳感器的簡單復用，即在一個傳感頭上制作出兩個不同的琺珀腔，通過這兩個不同的琺珀腔來實現(xiàn)雙參數(shù)測量，利用空氣腔對溫度不敏感的特性用其測量壓力或者加速的，同時利用實心腔對溫度的敏感特性實現(xiàn)對溫度的測量，通過相應的解調方法可以得到溫度和壓力或者溫度和加速度的相關參數(shù)。本發(fā)明采用的激光加工、飛秒激光加工、粒子束刻或電子束刻蝕加工工藝對任何種類的光纖都實用，生產(chǎn)效率高，可實現(xiàn)大規(guī)模制造。


圖I是實施例一、二、三中步驟2所形成的琺珀傳感器結構示意圖；圖2是實施例一、二、三中步驟3所形成的琺珀傳感器結構示意圖；圖3是實施例一中步驟4和實施例二、二中步驟5所形成的法拍傳感器不意圖；圖4是實施例二中步驟4所形成的琺珀傳感器結構側面示意圖；圖5是實施例三中步驟4所形成的法拍傳感器結構側面示意圖。附圖標記說明1光纖，2空腔，3光纖，4琺珀諧振膜，5圓柱體，6雙臂，7單臂。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明。本發(fā)明的光纖法拍傳感器，具體包括光纖和被接光纖，在所述光纖或/和被接光纖的端面設有微槽，所述光纖和被接光纖對接連接在一起，所述微槽形成FP腔，所述FP腔的光學發(fā)射面為平面，所述光纖琺珀傳感器的外端面加工成薄片，在所述薄片中間位置刻蝕出一個凸起的圓柱體。下面通過具體的制作過程對該結構進行詳細說明。
實施例一步驟I、分別在單模石英光纖I和光纖3的端面上用157激光器加工一個直徑為50微米的圓柱形微槽，槽深20微米；步驟2、將步驟I的光纖I和光纖3通過熔接機進行焊接，形成微腔3，即光學琺珀腔，如圖I所示；步驟3、在步驟2形成的微腔3的外端面切割光纖，形成琺珀諧振膜4，其厚度為50微米，即在琺珀傳感器一端形成一薄片狀結構，如圖2所示；步驟4、在步驟3中形成的琺珀諧振膜4的端面用157激光器加工一個直徑為60微米，厚度為20微米的圓柱體5，如圖3所示。上述傳感器可以作為溫度和壓力同時測量的傳感器，當傳感器受到外界溫度和壓 力的作用時，受壓力作用琺珀諧振膜4發(fā)生變化，圓柱體5受溫度作用而變化，通過測試琺珀諧振膜4和圓柱體5相應的變化就可以測出被測物理量。實施例二 步驟I、分別在單模石英光纖I和光纖3的端面上用157激光器加工一個直徑為50微米的圓柱形微槽，槽深20微米；步驟2、將步驟I的光纖I和光纖3通過熔接機進行焊接，形成微腔3，即光學琺珀腔，如圖I所示；步驟3、在步驟2形成的微腔3的外端面切割光纖，形成琺珀諧振膜4，其厚度為50微米，如圖2所示；步驟4、在步驟3中形成的琺珀諧振膜4的端面用157激光器加工一個如圖4所示的結構，即所述傳感器。中間圓柱體5的直徑為60微米，厚度為20微米，圓柱體兩邊為對稱的臂6，寬度為25微米，長度為40微米。上述傳感器可以作為溫度和加速度同時測量的傳感器，當傳感器受到外界溫度和加速度的作用時，受加速度作用琺珀諧振膜4發(fā)生變化，圓柱體5受溫度作用而變化，通過測試琺珀諧振膜4和圓柱體5相應的變化就可以測出被測物理量。實施例三步驟I、分別在單模石英光纖I和光纖3的端面上用157激光器加工一個直徑為
50微米的圓柱形微槽，槽深20微米；步驟2、將步驟I的光纖I和光纖3通過熔接機進行焊接，形成微腔3，即光學琺珀腔，如圖I所示；步驟3、在步驟2形成的微腔3的外端面切割光纖，形成琺珀諧振膜4，其厚度為50微米，如圖2所示；步驟4、在步驟3中形成的琺珀諧振膜4的端面用157激光器加工一個如圖5所示的結構，即形成所述傳感器。其中，中間的圓柱體5直徑為60微米，厚度為20微米，旁邊的單臂7寬度為25微米，長度為40微米。上述傳感器可以作為溫度和加速度同時測量的傳感器，當傳感器受到外界溫度和加速度的作用時，受加速度作用琺珀諧振膜4發(fā)生變化，圓柱體5受溫度作用而變化，通過測試琺珀諧振膜4和圓柱體5相應的變化就可以測出被測物理量。相對于雙臂結構，此單臂結構在測量加速度時更為靈敏。
本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應被理解為本發(fā)明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領域的普通技術人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術啟示做出各種不脫離本發(fā)明實質的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護范圍內 。
權利要求
1.一種光纖琺珀傳感器，包括光纖和被接光纖，在所述光纖或/和被接光纖的端面設有微槽，所述光纖和被接光纖對接連接在一起，所述微槽形成FP腔，所述FP腔的光學發(fā)射面為平面，所述光纖琺珀傳感器的外端面加工成薄片，在所述薄片中間位置刻蝕出一個凸起的圓柱體。
2.根據(jù)權利要求I所述的光纖琺珀傳感器，其特征在于，所述薄片的厚度小于60微米。
3.根據(jù)權利要求I所述的光纖琺珀傳感器，其特征在于，所述圓柱體的厚度為10到30微米，直徑10到60微米。
4.根據(jù)權利要求I所述的光纖琺珀傳感器，所述光纖和被接光纖是采用石英、聚合物、寶石或光子晶體材料制成的單模或多模光纖。
5.一種光纖琺珀傳感器的制作方法，具體包括如下步驟 A.在光纖或/和被接光纖的端面加工微槽； B.將光纖和被接光纖的端面對接在一起，所述微槽形成空氣FP腔，所述FP腔的光學反射面是端面，該端面為第一個光學反射平面； C.將光纖或被接光纖切割一部分，使被切面形成光纖琺珀傳感器的外端面； D.在C步驟形成的端面加工一個圓柱體，該圓柱體即為實心琺珀腔，圓柱體外端面形成第二個光學反射面。
6.根據(jù)權利要求5所述的光纖琺珀傳感器的制作方法，其特征在于，步驟A所述的加工是采用激光加工、飛秒激光加工、粒子束刻或電子束刻蝕。
7.根據(jù)權利要求5所述的光纖琺珀傳感器的制作方法，其特征在于，步驟B所述的對接采用激光熔接、電弧熔接、鍍膜對接或粘接。
8.根據(jù)權利要求5所述的光纖琺珀傳感器的制作方法，其特征在于，步驟C所述的加工是采用光加工、飛秒激光加工、粒子束刻蝕或電子束刻蝕。
9.根據(jù)權利要求5所述的光纖琺珀傳感器的制作方法，其特征在于，步驟D所述的加工是采用光加工、飛秒激光加工、粒子束刻蝕或電子束刻蝕。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖琺珀傳感器及其制作方法，所述的傳感器包括光纖和被接光纖，在所述光纖或/和被接光纖的端面設有微槽，所述光纖和被接光纖對接連接在一起，所述微槽形成FP腔，所述FP腔的光學發(fā)射面為平面，所述光纖琺珀傳感器的外端面加工成薄片，在所述薄片中間位置刻蝕出一個凸起的圓柱體。本發(fā)明的光纖琺珀傳感器實現(xiàn)了傳感器的簡單復用，即在一個傳感頭上制作出兩個不同的琺珀腔，通過這兩個不同的琺珀腔來實現(xiàn)雙參數(shù)測量，利用空氣腔對溫度不敏感的特性用其測量壓力或者加速的，同時利用實心腔對溫度的敏感特性實現(xiàn)對溫度的測量。
文檔編號G01P15/03GK102889901SQ20121035235
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月20日 優(yōu)先權日2012年9月20日
發(fā)明者冉曾令, 陳怡 , 李成, 左紅梅, 王彥君, 柳珊 申請人:電子科技大學