本發(fā)明屬于光纖傳感，尤其涉及一種基于游標(biāo)效應(yīng)的并聯(lián)mzi纖內(nèi)微流傳感器制作方法。

背景技術(shù)：

1、纖內(nèi)微流傳感器結(jié)合了微流控技術(shù)與光纖傳感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)流體樣品與光學(xué)波導(dǎo)的高效耦合，具有高集成度、低損耗和強(qiáng)抗干擾能力，因此在生物傳感、化學(xué)分析和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。纖內(nèi)微流傳感器通過(guò)光纖中的光波與流動(dòng)的樣品介質(zhì)相互作用，能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)介質(zhì)的折射率、化學(xué)成分或溫度變化，提供高度集成和微型化的檢測(cè)解決方案。但是纖內(nèi)微流傳感器在實(shí)際應(yīng)用中仍然面臨若干技術(shù)挑戰(zhàn)和局限性，比如纖內(nèi)微流傳感器的靈敏度和檢測(cè)限易受光纖材料的折射率和光波導(dǎo)模式的限制。

2、游標(biāo)效應(yīng)增敏方案被認(rèn)為是提高光纖傳感器靈敏度的有力工具。游標(biāo)效應(yīng)利用兩條光路之間的微小路徑差異，通過(guò)干涉條紋的細(xì)微移動(dòng)來(lái)放大微小的相位變化。這種效應(yīng)類似于游標(biāo)卡尺中的讀數(shù)原理，在光學(xué)干涉過(guò)程中，可以通過(guò)引入一個(gè)微小的輔助相位差，使得原本難以檢測(cè)的微小變化變得更加明顯。因此，在并聯(lián)mzi纖內(nèi)微流傳感器中引入游標(biāo)效應(yīng)，可有效提高傳感器的靈敏度。

3、所以，有必要研發(fā)一種基于游標(biāo)效應(yīng)的并聯(lián)mzi纖內(nèi)微流傳感器制作方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服背景技術(shù)中存在的不足，創(chuàng)造性的提出一種基于游標(biāo)效應(yīng)的并聯(lián)mzi纖內(nèi)微流傳感器制作方法，包括以下步驟：

2、1)將多模光纖中間一段約3cm剝?nèi)ネ扛矊?，用酒精擦拭干凈后放在高精度光纖研磨機(jī)上進(jìn)行研磨拋光；

3、2)經(jīng)研磨拋光后的多模光纖放置在lds?2.5光纖微加工平臺(tái)上，利用超聲輔助切割技術(shù)分別對(duì)兩端研磨拋光區(qū)域進(jìn)行精確切割，確保端面切割平整，將兩端研磨拋光區(qū)域長(zhǎng)度控制在30μm內(nèi)，切割后得到兩個(gè)多模光纖單元，多模光纖單元一(2)和多模光纖單元二(6)；

4、3)取一段雙孔微結(jié)構(gòu)光纖(4)，兩端約2cm處剝?nèi)ネ扛矊樱⒂霉饫w切割刀將端面切割平整；

5、4)將經(jīng)步驟2)切割后的多模光纖單元一(2)和多模光纖單元二(6)分別與雙孔微結(jié)構(gòu)光纖(4)兩端對(duì)齊熔接，熔接在光纖熔接機(jī)上以電弧放電方式進(jìn)行，熔接后得到研磨拋光多模光纖單元一-雙孔微結(jié)構(gòu)光纖-研磨拋光多模光纖單元二傳感結(jié)構(gòu)，構(gòu)造進(jìn)液口(3)、出液口(5)；

6、5)將經(jīng)步驟4)處理得到的研磨拋光多模光纖單元-雙孔微結(jié)構(gòu)光纖-研磨拋光多模光纖單元傳感結(jié)構(gòu)兩端分別與輸入單模光纖(1)和輸出單模光纖(7)在光纖熔接機(jī)上以自動(dòng)熔接方式進(jìn)行對(duì)齊熔接。

7、在上述一種基于游標(biāo)效應(yīng)的并聯(lián)mzi纖內(nèi)微流傳感器制作方法中，所述輸入輸出單模光纖包層直徑為125μm，纖芯直徑為9μm；多模光纖包層直徑為125μm，纖芯直徑為62.5μm；雙孔微結(jié)構(gòu)光纖包層直徑為125μm，纖芯直徑為6μm。

8、在上述一種基于游標(biāo)效應(yīng)的并聯(lián)mzi纖內(nèi)微流傳感器制作方法中，所述步驟1中多模光纖進(jìn)行研磨拋光過(guò)程需要在潔凈室或潔凈工作臺(tái)進(jìn)行，以避免灰塵和污染物對(duì)光纖端面造成影響，設(shè)置研磨拋光時(shí)間為60s。

9、在上述一種基于游標(biāo)效應(yīng)的并聯(lián)mzi纖內(nèi)微流傳感器制作方法中，所述步驟2中切割經(jīng)研磨拋光的多模光纖，得到的兩個(gè)多模光纖單元，其切割端面特征為d形。

10、在上述一種基于游標(biāo)效應(yīng)的并聯(lián)mzi纖內(nèi)微流傳感器制作方法中，所述步驟4中雙孔微結(jié)構(gòu)光纖與多模光纖單元熔接時(shí)，雙孔微結(jié)構(gòu)光纖需遠(yuǎn)離放電電極，以免導(dǎo)致放電時(shí)空氣孔塌陷，放電電流設(shè)置為37ma，放電次數(shù)為15次。

11、在上述一種基于游標(biāo)效應(yīng)的并聯(lián)mzi纖內(nèi)微流傳感器制作方法中，所述步驟4中雙孔微結(jié)構(gòu)光纖與多模光纖單元熔接后，雙孔微結(jié)構(gòu)光纖的兩個(gè)空氣孔通道相互獨(dú)立，下方空氣孔為密閉空氣孔通道，僅留有上方一個(gè)空氣孔通道可與外界環(huán)境相通，兩端作為微流體的進(jìn)出液口。

12、本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

13、在并聯(lián)mzi纖內(nèi)微流傳感器中，通過(guò)設(shè)計(jì)相互并聯(lián)的傳感mzi和參考mzi光路的路徑差異，使得游標(biāo)效應(yīng)產(chǎn)生，從而放大由于流體折射率變化引起的相位差。這使得即便是微小的流體特性變化也能夠被清晰地檢測(cè)到，極大提高了傳感器的靈敏度。

14、與傳統(tǒng)的纖內(nèi)微流傳感器相比，本發(fā)明提出的一種基于游標(biāo)效應(yīng)的并聯(lián)mzi纖內(nèi)微流傳感器在檢測(cè)限和靈敏度方面都有顯著提升，尤其在檢測(cè)微小濃度變化或微弱環(huán)境擾動(dòng)時(shí)，表現(xiàn)出更高的檢測(cè)精度。這種靈敏度優(yōu)勢(shì)使其特別適用于需要高精度的生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)、化學(xué)分析和環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，在微尺度下對(duì)流體介質(zhì)的檢測(cè)和分析提供了更強(qiáng)大的工具。

技術(shù)特征：

1.一種基于游標(biāo)效應(yīng)的并聯(lián)mzi纖內(nèi)微流傳感器制作方法，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于，該方法分為以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于游標(biāo)效應(yīng)的并聯(lián)mzi纖內(nèi)微流傳感器制作方法，其特征在于，所述輸入輸出單模光纖包層直徑為125μm，纖芯直徑為9μm；多模光纖包層直徑為125μm，纖芯直徑為62.5μm；雙孔微結(jié)構(gòu)光纖包層直徑為125μm，纖芯直徑為6μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于游標(biāo)效應(yīng)的并聯(lián)mzi纖內(nèi)微流傳感器制作方法，其特征在于，所述步驟1中多模光纖進(jìn)行研磨拋光過(guò)程需要在潔凈室或潔凈工作臺(tái)進(jìn)行，以避免灰塵和污染物對(duì)光纖端面造成影響，設(shè)置研磨拋光時(shí)間為60s。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于游標(biāo)效應(yīng)的并聯(lián)mzi纖內(nèi)微流傳感器制作方法，其特征在于，所述步驟2中切割經(jīng)研磨拋光的多模光纖，得到的兩個(gè)多模光纖單元，其切割端面特征為d形。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于游標(biāo)效應(yīng)的并聯(lián)mzi纖內(nèi)微流傳感器制作方法，其特征在于，所述步驟4中雙孔微結(jié)構(gòu)光纖與多模光纖單元熔接時(shí)，雙孔微結(jié)構(gòu)光纖需遠(yuǎn)離放電電極，以免導(dǎo)致放電時(shí)空氣孔塌陷，放電電流設(shè)置為37ma，放電次數(shù)為15次。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于游標(biāo)效應(yīng)的并聯(lián)mzi纖內(nèi)微流傳感器制作方法，其特征在于，所述步驟4中雙孔微結(jié)構(gòu)光纖與多模光纖單元熔接后，雙孔微結(jié)構(gòu)光纖的兩個(gè)空氣孔通道相互獨(dú)立，下方空氣孔為密閉空氣孔通道，僅留有上方一個(gè)空氣孔通道可與外界環(huán)境相通，兩端作為微流體的進(jìn)出液口。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于游標(biāo)效應(yīng)的并聯(lián)MZI纖內(nèi)微流傳感器制作方法，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于：由輸入單模光纖?研磨拋光多模光纖單元一?雙孔微結(jié)構(gòu)光纖?研磨拋光多模光纖單元二?輸出單模光纖構(gòu)成基于游標(biāo)效應(yīng)的并聯(lián)MZI纖內(nèi)微流傳感器的整體光纖結(jié)構(gòu)。通過(guò)在并聯(lián)MZI結(jié)構(gòu)中引入微小的光程差異，使得游標(biāo)效應(yīng)產(chǎn)生，進(jìn)而使兩條光路的干涉條紋對(duì)微小相位變化更加敏感，顯著提高了傳感器的靈敏度，適用于需要高精度的生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)、化學(xué)分析和環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，為在微尺度下對(duì)流體介質(zhì)的檢測(cè)和分析提供了更強(qiáng)大的工具。

技術(shù)研發(fā)人員：吳繼旋,劉笑,李欣怡,陳立,馮翠杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2