飛秒激光脈沖序列加工的全光纖傳感器及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種飛秒激光脈沖序列加工的全光纖傳感器的制造方法，包括以下步驟：取光纖，用剝離鉗子去單模除光纖上的一段涂覆層；采用飛秒激光脈沖序列三維微加工；在光纖上燒蝕出一U型微通道，采用飛秒激光脈沖序列燒蝕掉部分光纖的包層與芯層后，得到的空氣腔的微通道；在微通道打通后，將光纖浸泡在5%的HF酸中，在超聲波的輔助下后處理45分鐘，使得微通道內(nèi)壁粗糙度降低，從而可獲得一個衰減峰較低的透射譜線。本發(fā)明的有益效果為：采用飛秒激光脈沖序列加工實現(xiàn)一種單步成型且結(jié)構(gòu)簡單的高靈敏度新型微傳感器，該傳感器整個器件不存在組裝或移動部件，具有單步成型、結(jié)構(gòu)簡單、機械強度好、靈敏度高等優(yōu)點。
【專利說明】飛秒激光脈沖序列加工的全光纖傳感器及其制作方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及微型傳感器領域，尤其涉及一種飛秒激光脈沖序列加工的全光纖傳感 器及其制作方法。

【背景技術】
[0002] 光纖傳感器具有非常廣闊應用背景，現(xiàn)有傳感結(jié)構(gòu)一般采用馬赫-澤德干涉儀原 理，其中，通常高靈敏度的馬赫-澤德干涉儀光纖傳感器的制造方法是在光纖上開槽，相關 產(chǎn)品中利用光纖與光子晶體光纖制作馬赫-澤德干涉儀，這種結(jié)構(gòu)使得纖芯直接接觸被測 物質(zhì)，從而提高了靈敏度，然而卻破壞了光纖的對稱性，導致此類光纖傳感器的抗拉、抗壓 性下降，進而使得這類傳感器容易損壞，并且光子晶體光纖價格比較昂貴，成本高，不利于 大規(guī)模應用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種飛秒激光脈沖序列加工的全光纖傳感器及其制作方法， 以克服目前現(xiàn)有技術存在的不足。
[0004] 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)：
[0005] -種飛秒激光脈沖序列加工的全光纖傳感器的制造方法，包括以下步驟：
[0006] (1)、取光纖，用剝離鉗子去單模除光纖上的一段涂覆層；
[0007] (2)、采用飛秒激光脈沖序列三維微加工；選擇參數(shù)為波長800nm、重復頻率1kHz、 脈沖寬度35fs、最高輸出功率2mW的飛秒激光經(jīng)過脈沖整形器后，調(diào)整為子脈沖數(shù)為2,脈 沖間隔200fs的雙脈沖飛秒激光脈沖序列，經(jīng)過快門和由半玻片和偏振片組成的衰減系 統(tǒng)，將光纖的能量降低到約lmW，將光纖置于水中，然后經(jīng)20倍物鏡聚焦到浸泡在去離子水 中的光纖的赤道表面，光纖放置在精度1 μ m的精密平移臺上；
[0008] (3)、在光纖上燒蝕出一 U型微通道，所述U型微通道的深度小于所述光纖圓周面 到所述纖芯的垂直距離，采用飛秒激光脈沖序列燒蝕掉部分光纖的包層與芯層后，得到的 空氣腔的微通道；
[0009] (4)、在微通道打通后，將光纖浸泡在5%的HF酸中，在超聲波的輔助下后處理45 分鐘，使得微通道內(nèi)壁粗糙度降低，從而可獲得一個衰減峰較低的透射譜線。
[0010] 進一步的，所述步驟（2)中，通過包括照明器、物鏡、電荷耦合元件成像系統(tǒng)進行 監(jiān)控。
[0011] 進一步的，所述步驟（4)中，所述光纖的一端為光源輸入端，另一端為用于檢測輸 出光變化情況的傳感信號檢測端。
[0012] 一種飛秒激光脈沖序列加工的新型全光纖傳感器，包括光纖本體,所述光纖本體 上設有凹槽，所述凹槽的深度小于所述光纖本體圓周面到所述光纖本體軸線的垂直距離。
[0013] 優(yōu)選的，所述光纖本體為SMF_28e光纖或單模光纖或多模光纖。
[0014] 優(yōu)選的，所述凹槽的長度為50-250微米。
[0015] 本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提供的飛秒激光脈沖序列加工的全光纖傳感器及其 制作方法，采用飛秒激光脈沖序列加工實現(xiàn)一種單步成型且結(jié)構(gòu)簡單的高靈敏度新型微傳 感器，該傳感器整個器件不存在組裝或移動部件，具有單步成型、結(jié)構(gòu)簡單、機械強度好、靈 敏度高等優(yōu)點，利用單模光纖避免了利用特種光纖的高成本并克服了在光纖上刻槽帶來的 結(jié)構(gòu)易損壞等缺陷；該傳感器能夠檢測環(huán)境中特定分子的存在及濃度，如甲烷、乙炔、乙烯、 毒品蒸汽、炸藥蒸汽、坑道氣體分子等，還可用于檢測溫度或壓力變化，因此在環(huán)境監(jiān)測、工 業(yè)過程處理、礦山生產(chǎn)、公共安全設施等領域有廣泛應用，該微傳感器在用于氣體濃度檢測 時靈敏度可以達到ppm量級。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 下面根據(jù)附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0017] 圖1是本發(fā)明實施例所述的飛秒激光脈沖序列加工的新型全光纖傳感器的結(jié)構(gòu) 示意圖；
[0018] 圖2是本發(fā)明實施例所述的飛秒激光脈沖序列加工的新型全光纖傳感器進行光 譜檢測時獲得的透射光譜圖。
[0019] 圖中：
[0020] 1、光纖本體；2、纖芯；3、傳感結(jié)構(gòu)。

【具體實施方式】
[0021] 實施例1，如圖1和圖2所示，一種飛秒激光脈沖序列加工的全光纖傳感器的制作 方法，包括以下步驟：
[0022] (1)、取光纖，用剝離鉗子去單模除光纖上的一段涂覆層；
[0023] (2)、采用飛秒激光脈沖序列三維微加工；選擇參數(shù)為波長800nm、重復頻率1kHz、 脈沖寬度35fs、最高輸出功率2mW的飛秒激光經(jīng)過脈沖整形器后，調(diào)整為子脈沖數(shù)為2,脈 沖間隔200fs的雙脈沖飛秒激光脈沖序列，經(jīng)過快門和由半玻片和偏振片組成的衰減系 統(tǒng)，將光纖的能量降低到約lmW，將光纖置于水中，然后經(jīng)20倍物鏡聚焦到浸泡在去離子水 中的光纖的赤道表面，光纖放置在精度1 μ m的精密平移臺上；
[0024] (3)、在光纖上燒蝕出一 U型微通道，所述U型微通道的深度小于所述光纖圓周面 到所述纖芯的垂直距離，采用飛秒激光脈沖序列燒蝕掉部分光纖的包層與芯層后，得到的 空氣腔的微通道；
[0025] (4)、在微通道打通后，將光纖浸泡在5%的HF酸中，在超聲波的輔助下后處理45 分鐘，使得微通道內(nèi)壁粗糙度降低，從而可獲得一個衰減峰較低的透射譜線。
[0026] 所述步驟（2)中，通過包括照明器、物鏡、電荷耦合元件成像系統(tǒng)進行監(jiān)控。所述 步驟（4)中，所述光纖的一端為光源輸入端，另一端為用于檢測輸出光變化情況的傳感信 號檢測端。
[0027] -種飛秒激光脈沖序列加工的全光纖傳感器，包括光纖本體，所述光纖本體上設 有凹槽，所述凹槽內(nèi)設有傳感結(jié)構(gòu)，所述傳感結(jié)構(gòu)為底面薄層，所述凹槽的深度小于所述光 纖本體圓周面到所述光纖本體纖芯的垂直距離。所述光纖本體為SMF-28e光纖或單模光纖 或多模光纖。所述凹槽的長度為50-250微米。
[0028] 本發(fā)明提供的飛秒激光脈沖序列加工的全光纖傳感器及其制作方法，采用飛秒激 光脈沖序列加工實現(xiàn)一種單步成型且結(jié)構(gòu)簡單的高靈敏度新型微傳感器，該傳感器整個器 件不存在組裝或移動部件，具有單步成型、結(jié)構(gòu)簡單、機械強度好、靈敏度高等優(yōu)點，利用單 模光纖避免了利用特種光纖的高成本并克服了在光纖上刻槽帶來的結(jié)構(gòu)易損壞等缺陷；該 傳感器能夠檢測環(huán)境中特定分子的存在及濃度，如甲烷、乙炔、乙烯、毒品蒸汽、炸藥蒸汽、 坑道氣體分子等，還可用于檢測溫度或壓力變化，因此在環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)過程處理、礦山生 產(chǎn)、公共安全設施等領域有廣泛應用，該微傳感器在用于氣體濃度檢測時靈敏度可以達到 ppm量級。
[0029] 實施例2
[0030] 1)、氣體檢測
[0031] 第一步：光纖傳感器的傳感結(jié)構(gòu)敏感區(qū)域置于一個氣體腔內(nèi)，通過真空泵將腔內(nèi) 抽為真空；
[0032] 第二步：該通過流量計向腔內(nèi)沖入待測氣體；
[0033] 第三步：光纖的兩端分別接到包含寬帶光源（帶寬llOnm)和光功率計的光波萬用 表輸入輸出端口，通過光纖透射譜衰減峰值的移動對氣體濃度進行檢測。
[0034] 2)、生物分子檢測
[0035] 第一步：光纖傳感器的傳感結(jié)構(gòu)敏感區(qū)域置于一個氣體腔內(nèi)；
[0036] 第二步：將待測培養(yǎng)液注入到微通道；
[0037] 第三步：通過真空泵將腔內(nèi)抽為真空；
[0038] 第三步：光纖的兩端分別接到包含寬帶光源（帶寬llOnm)和光功率計的光波萬用 表輸入輸出端口，通過光纖透射譜衰減峰值的移動對氣體濃度進行檢測；
[0039] 第四步：打開真空腔，用清水清洗微通道；
[0040] 第五步：利用加熱爐升溫至100攝氏度，保溫5分鐘將傳感器烘干。
[0041] 本發(fā)明不局限于上述最佳實施方式，任何人在本發(fā)明的啟示下都可得出其他各種 形式的產(chǎn)品，但不論在其形狀或結(jié)構(gòu)上作任何變化，凡是具有與本申請相同或相近似的技 術方案，均落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種飛秒激光脈沖序列加工的全光纖傳感器的制造方法，其特征在于，包括以下步 驟： (1) 、取光纖，用剝離鉗子去單模除光纖上的一段涂覆層； (2) 、采用飛秒激光脈沖序列三維微加工；選擇參數(shù)為波長800nm、重復頻率1kHz、脈沖 寬度35fs、最高輸出功率2mW的飛秒激光經(jīng)過脈沖整形器后，調(diào)整為子脈沖數(shù)為2,脈沖間 隔200fs的雙脈沖飛秒激光脈沖序列，經(jīng)過快門和由半玻片和偏振片組成的衰減系統(tǒng)，將 光纖的能量降低到約lmW，將光纖置于水中，然后經(jīng)20倍物鏡聚焦到浸泡在去離子水中的 光纖的赤道表面，光纖放置在精度1 μ m的精密平移臺上； (3) 、在光纖上燒蝕出一 U型微通道，所述U型微通道的深度小于所述光纖圓周面到所 述纖芯的垂直距離，采用飛秒激光脈沖序列燒蝕掉部分光纖的包層與芯層后，得到的空氣 腔的微通道； (4) 、在微通道打通后，將光纖浸泡在5%的HF酸中，在超聲波的輔助下后處理45分鐘， 使得微通道內(nèi)壁粗糙度降低，從而可獲得一個衰減峰較低的透射譜線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛秒激光脈沖序列加工的全光纖傳感器的制造方法，其特征 在于：所述步驟（2)中，通過包括照明器、物鏡、電荷耦合元件成像系統(tǒng)進行監(jiān)控。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛秒激光脈沖序列加工的全光纖傳感器的制造方法，其特征 在于：所述步驟（4)中，所述光纖的一端為光源輸入端，另一端為用于檢測輸出光變化情況 的傳感信號檢測端。
4. 一種飛秒激光脈沖序列加工的全光纖傳感器，其特征在于：包括光纖本體，所述光 纖本體上設有凹槽，所述凹槽內(nèi)設有傳感結(jié)構(gòu)，所述傳感結(jié)構(gòu)為底面薄層，所述凹槽的深度 小于所述光纖本體圓周面到所述光纖本體纖芯的垂直距離。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所示的飛秒激光脈沖序列加工的全光纖傳感器，其特征在于：所述 光纖本體為SMF-28e光纖或單模光纖或多模光纖。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所示的飛秒激光脈沖序列加工的全光纖傳感器，其特征在于：所述 凹槽的長度為50-250微米。
【文檔編號】G01N21/59GK104215270SQ201310209670
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月31日
【發(fā)明者】姜瀾, 徐樂, 王素梅, 韓偉娜, 曹志濤 申請人:中自高科（蘇州）光電有限公司