CN105180980B - 一种对称的全光纤法珀传感器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对称的全光纤法珀传感器，第一单模光纤与第一多模光纤相熔接，所述第二单模光纤与第二多模光纤相熔接；所述第一多模光纤与第二多模光纤末端均设置有凹腔；所述第一多模光纤的凹腔与第二多模光纤的凹腔相对接形成FP腔。本发明提供的一种对称的全光纤法珀传感器及其制作方法，结构小巧、制作简单、成本低廉，该光纤传感器可利用化学腐蚀方法得到长的法珀腔，并且结构对称，条纹精细度低，受温度影响小，可利用基于傅立叶变换的相位法实现高温下的压力、应变的测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种对称的全光纤法珀传感器及其制作方法，属于光纤传感技术领域。
背景技术
光纤法珀传感器与传统的各类传感器相比，具有高灵敏度、抗电磁干扰、耐腐蚀、防爆及不干扰被测场等特点，可以广泛应用于工业、农业、医学、国防、航天航海等领域，可测量温度、压力、流量、位移、振动、加速度、声场、电流、电压等多种物理量。比如深井下环境中的动态温度、压力等物理量；桥梁或大型建筑结构安全监测系统中动态应变、温度、加速度等物理量。
目前，制作光纤法珀干涉的方法主要有：将一段光纤焊接在两个镀有高反射膜光纤的中间形成F-P 腔；利用飞秒激光脉冲在光纤表面或内部刻蚀空腔形成F-P 腔；将常规光纤与空心光纤或微结构光纤（包括光子晶体光纤）形成F-P腔；利用化学腐蚀方法制作F-P腔。上述制作方法，由于制作系统及工艺技术要求很高，导致光纤F-P 干涉仪制作成本较高，F-P 腔质量易受加工技术的影响，因此使光纤F-P 干涉仪在工程应用中受到很大限制。
授权专利号为201010147320.1的中国专利“基于自聚焦效应的光纤法珀复合结构传感器制作方法”，公开了一种采用化学腐蚀或激光微加工技术在渐变折射率多模光纤端面制作一微孔，将带微孔的渐变折射率多模光纤与单模光纤熔接，形成光纤法珀结构，利用渐变折射率多模光纤中的自聚焦效应进行折射率和温度的测量。这种方法对于切割后的渐变折射率多模光纤长度有一定的要求，对切割工艺要求很高。授权公开号为CN 202748041 U的中国专利“一种光纤法珀传感器”，提供一种可以对温度和压力或者温度和加速度同时测量的光纤法珀传感，主要采用激光加工、飞秒激光加工、粒子束刻或电子束刻蚀加工工艺制作微腔，制作成本较高。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种对称的全光纤法珀传感器及其制作方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种对称的全光纤法珀传感器，包括单模光纤、多模光纤，其特征在于：所述单模光纤包括第一单模光纤、第二单模光纤，所述多模光纤包括第一多模光纤、第二多模光纤；所述第一单模光纤与第一多模光纤相熔接，所述第二单模光纤与第二多模光纤相熔接；所述第一多模光纤与第二多模光纤末端均设置有凹腔；所述第一多模光纤的凹腔与第二多模光纤的凹腔相对接形成FP腔。
所述凹腔长度设置为60微米。
所述凹腔端面设置为圆形结构，端面直径设置为62微米。
作为优选方案，所述第一单模光纤、第二单模光纤采用SMF-28单模光纤。
作为优选方案，所述第一多模光纤、第二多模光纤采用GIF625渐变折射率多模光纤。
一种对称的全光纤法珀传感器的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：将第一单模光纤与第一多模光纤利用光纤熔接机进行熔接，并利用光纤切割刀在靠近熔接处切割第一多模光纤，所述第一多模光纤长度设置为150微米；
步骤二：利用化学腐蚀方法腐蚀第一多模光纤端面，得到凹腔；
步骤三：将第二单模光纤与第二多模光纤利用光纤熔接机进行熔接，并利用光纤切割刀在靠近熔接处切割第二多模光纤，所述第二多模光纤长度设置为150微米；
步骤四：利用化学腐蚀方法腐蚀第二多模光纤端面，得到凹腔；
步骤五：把第一多模光纤、第二多模光纤对接连接在一起，两部分凹腔形成FP腔，作为FP干涉的两个反射面；
所述凹腔采用40%的HF缓冲溶液，温度25℃，不加搅拌进行腐蚀，通过腐蚀系统进行监控，腐蚀速率为12微米/min。
所述的第一多模光纤端面凹腔与第二多模光纤端面凹腔采用光纤熔接机的手动熔接，光纤熔接机放电强度50mA、预熔时间170ms，放电时间1000ms。
有益效果：本发明提供的一种对称的全光纤法珀传感器，结构小巧、制作简单、成本低廉，该光纤传感器可利用化学腐蚀方法得到长的法珀腔，并且结构对称，条纹精细度低，受温度影响小，可利用基于傅立叶变换的相位法实现高温下的压力、应变的测量。
附图说明
图1为对称的全光纤法珀传感器结构示意图；
图2为对称的全光纤法珀传感器凹腔结构示意图；
图3为对称的全光纤法珀传感器的加工步骤示意图；
图4为对称的法珀腔反射光谱图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1、图2所示，一种对称的全光纤法珀传感器包括：第一单模光纤1、第一多模光纤2、第二单模光纤4和第二多模光纤5，所述的第一单模光纤1与第一多模光纤2通过光纤熔接机熔接，所述第一多模光纤2端面腐蚀出凹腔3，所述第二单模光纤4与第二多模光纤5同样相熔接，并在第二多模光纤5端面腐蚀出凹腔3；所述凹腔3长度设置为60微米，凹腔3端面设置为圆形结构，端面直径设置为62微米。所述第一多模光纤2、第二多模光纤5对接连接在一起，两部分凹腔3形成FP腔。第一单模光纤1、第二单模光纤4为康宁SMF-28，第一多模光纤2、第二多模光纤5为GIF625渐变折射率多模光纤。
如图3所示，一种对称的全光纤法珀传感器的制作方法，包括以下几个步骤：
步骤一：将第一单模光纤与第一多模光纤利用光纤熔接机进行熔接，并利用光纤切割刀在靠近熔接处切割第一多模光纤，第一多模光纤长度约为150微米；
步骤二：对第一多模光纤端面进行化学腐蚀，采用40%的HF缓冲溶液，温度室温，不加搅拌进行腐蚀，腐蚀速率为12微米/min，腐蚀得到凹腔，凹腔长度60微米，凹腔端面直径62微米；
步骤三：将第二单模光纤与第二多模光纤利用光纤熔接机进行熔接，并利用光纤切割刀在靠近熔接处切割第二多模光纤，第二多模光纤长度约为150微米；
步骤四：对第二多模光纤端面进行化学腐蚀，采用40%的HF缓冲溶液，温度室温，不加搅拌进行腐蚀，腐蚀速率为12微米/min，腐蚀得到凹腔，凹腔长度60微米，凹腔端面直径62微米；
步骤五：将两个对称的凹腔采用光纤熔接机的手动方式进行熔接，设置其放电强度50mA、预熔时间170ms，放电时间1000ms。
上述光纤传感器可作为高温下的压力、应变的测量，对称结构的长法珀腔反射光谱图，如图4所示，得到反射谱条纹精细度低，当外界压力、应变发生改变时，法珀腔腔长发生改变，利用基于傅里叶变化的相位法可测量出被测压力、应变，精度高，适用于高温环境。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种对称的全光纤法珀传感器，包括单模光纤、多模光纤，其特征在于：所述单模光纤包括第一单模光纤、第二单模光纤，所述多模光纤包括第一多模光纤、第二多模光纤；所述第一单模光纤与第一多模光纤相熔接，所述第二单模光纤与第二多模光纤相熔接；所述第一多模光纤与第二多模光纤末端均设置有凹腔；所述第一多模光纤的凹腔与第二多模光纤的凹腔相对接形成FP腔。
2.根据权利要求1所述的一种对称的全光纤法珀传感器，其特征在于：所述凹腔长度设置为60微米。
3.根据权利要求1所述的一种对称的全光纤法珀传感器，其特征在于：所述凹腔端面设置为圆形结构，端面直径设置为62微米。
4.根据权利要求1所述的一种对称的全光纤法珀传感器，其特征在于：所述第一单模光纤、第二单模光纤采用SMF-28单模光纤。
5.根据权利要求1所述的一种对称的全光纤法珀传感器，其特征在于：所述第一多模光纤、第二多模光纤采用GIF625渐变折射率多模光纤。
6.一种对称的全光纤法珀传感器的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：将第一单模光纤与第一多模光纤利用光纤熔接机进行熔接，并利用光纤切割刀在靠近熔接处切割第一多模光纤，所述第一多模光纤长度设置为150微米；
步骤二：利用化学腐蚀方法腐蚀第一多模光纤端面，得到凹腔；
步骤三：将第二单模光纤与第二多模光纤利用光纤熔接机进行熔接，并利用光纤切割刀在靠近熔接处切割第二多模光纤，所述第二多模光纤长度设置为150微米；
步骤四：利用化学腐蚀方法腐蚀第二多模光纤端面，得到凹腔；
步骤五：把第一多模光纤、第二多模光纤对接连接在一起，两部分凹腔形成FP腔，作为FP干涉的两个反射面。
7.根据权利要求6所述的一种对称的全光纤法珀传感器的制作方法，其特征在于：所述凹腔采用40%的HF缓冲溶液，温度25℃，不加搅拌进行腐蚀，通过腐蚀系统进行监控，腐蚀速率为12微米/min。
8.根据权利要求6所述的一种对称的全光纤法珀传感器的制作方法，其特征在于：所述的第一多模光纤端面凹腔与第二多模光纤端面凹腔采用光纤熔接机的手动熔接，光纤熔接机放电强度50mA、预熔时间170ms，放电时间1000ms。
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