CN112604925B - 一种基于空心光纤光场共振结构的制作方法及镀膜方法 - Google Patents

一种基于空心光纤光场共振结构的制作方法及镀膜方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空心光纤外壁镀膜方法，在空心光纤外壁表面涂覆紫外固化胶，从空心光纤一端入射紫外激光，使空气芯内的紫外光进入空心光纤侧壁，部分光在空心光纤外壁共振后从表面溢出，对紫外固化胶作用，形成厚度均匀、致密性高的薄膜。本发明还提出一种基于空心光纤的光场共振结构及其制作方法。

Description

一种基于空心光纤光场共振结构的制作方法及镀膜方法
技术领域
本发明涉及空心光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于空心光纤侧壁光场共振结构的制作方法及镀膜方法。
背景技术
纯光纤传感器对环境温度、应变、折射率和声波的变化有很好的响应。然而受到纯光纤材料本身固有特性的限制，如热膨胀系数低及杨氏模量高，制备的光纤温度和应变传感器的灵敏度很低。聚合物材料具有高热膨胀系数、高热光系数以及低杨氏模量等特点，恰好可以弥补纯光纤传感结构的这些不足，因此对纯光纤结构进行增敏显得尤为重要。
传统的镀膜工艺有化学气相沉积、物理气相沉积、磁控溅射、喷涂、蒸镀、电镀等，工艺虽然成熟但流程较为复杂，或者需要较大的仪器设备，也不适合用于聚合物镀膜。蘸取、旋涂等方法虽然简便，但制备薄膜不够均匀致密。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种基于空心光纤侧壁光场共振结构的制作方法及镀膜方法。
本发明还提出一种空心光纤外壁镀膜方法，包括下列步骤：
在空心光纤外壁表面涂覆紫外固化胶，从空心光纤一端入射紫外激光，使得紫外固化胶在空心光纤外壁固化形成薄膜。
优选地，还包括下列步骤：在空心光纤一端熔接多模光纤，空心光纤与多模光纤偏轴熔接，通过多模光纤向空心光纤内入射紫外激光，在空心光纤侧壁内形成共振腔；
优选地，在多模光纤远离空心光纤一端同轴熔接单模光纤，通过紫外激光器和单模光纤向多模光纤内入射紫外激光；
优选地，形成薄膜后，用显影液对紫外固化胶进行清洗，去除空心光纤外部未曝光的紫外固化胶；
优选地，通过控制紫外激光的功率控制所述薄膜厚度。
本发明中，所提出的空心光纤外壁镀膜方法，在空心光纤外壁表面涂覆紫外固化胶，从空心光纤一端入射紫外激光，使空气芯内的紫外光进入空心光纤侧壁，部分光在空心光纤外壁表面共振后溢出，从而对紫外固化胶作用，形成厚度均匀、致密性高的薄膜。
本发明还提出一种根据上述基于空心光纤的光场共振结构的制作方法，包括下列步骤：
S1、将单模光纤和多模光纤同轴熔接，并将空心光纤偏轴熔接在多模光纤远离单模光纤一端，在空心光纤侧壁内形成共振腔；
S2、在空心光纤外壁表面涂覆紫外固化胶；
S3、通过紫外激光器从单模光纤远离多模光纤一端入射紫外激光，使得紫外固化胶在空心光纤外壁固化形成薄膜。
优选地，还包括：S4、用显影液对紫外固化胶进行清洗，去除空心光纤外部未曝光的紫外固化胶。
优选地，在S3中，所述紫外激光器的激光波长为390-420nm，光斑大小为4-6mm，最大功率为90-110mw。
本发明中，所提出的基于空心光纤侧壁光场共振结构的制作方法，其技术效果与上述空心光纤外壁镀膜方法类似，进一步地，将空心光纤先熔接在多模光纤一端，然后再进行镀膜，避免熔接过程中对薄膜造成二次损坏。
本发明提出的一种基于空心光纤的光场共振结构，包括依次熔接的单模光纤、多模光纤和空心光纤；
单模光纤内设有单模纤芯，多模光纤内设有多模纤芯，单模纤芯、多模纤芯和空心光纤的空气芯依次对应设置，且单模纤芯和多模纤芯同轴布置，所述空心光纤的空气芯与二者偏轴设置，在空心光纤的侧壁内形成共振腔，空心光纤外壁表面设有聚合物薄膜。
优选地，所述多模纤芯直径为60-65μm，空心光纤的空气芯直径为50-55μm，空气芯的轴线与多模纤芯的轴线之间间隔距离为6-10μm。
优选地，单模光纤、多模光纤和空心光纤的外径相等，且所述外径为120-130μm；
优选地，所述聚合物薄膜采用紫外固化胶固化而成；
优选地，所述聚合物薄膜厚度为400-3000nm。
优选地，所述紫外固化胶的型号为诺兰公司生产的Norland Optical AdhesiveNOA63。
本发明中，所提出的基于空心光纤的光场共振结构，单模光纤、多模光纤和空心光纤依次熔接而成，单模纤芯和多模纤芯同轴布置，所述空心光纤的空气芯与二者偏轴设置，在空心光纤的侧壁内形成共振腔，空心光纤外壁表面设有聚合物薄膜；通过上述优化设计的基于空心光纤的光场共振结构，多模纤芯和空心芯沿轴向方向产生错位，光依次经过单模纤芯、多模纤芯后进入空气芯内，一部分光进入空心光纤侧壁内，在其内外环面之间的侧壁内内形成共振，通过共振腔和薄膜的设计大大提高了传感器的探测灵敏度。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于空心光纤侧壁光场共振结构的示意图。
具体实施方式
如图1所示，图1为本发明提出的一种基于空心光纤侧壁光场共振结构的示意图。
本实施例提出一种空心光纤外壁镀膜方法，包括下列步骤：
在空心光纤1外壁表面涂覆紫外固化胶，从空心光纤1一端入射紫外激光，使得紫外固化胶在空心光纤1外壁固化形成薄膜2。
本发明中，所提出的空心光纤外壁镀膜方法，在空心光纤外壁表面涂覆紫外固化胶，从空心光纤一端入射紫外激光，使空气芯内的紫外光进入空心光纤侧壁，部分光在空心光纤侧壁共振后从其表面溢出，对紫外固化胶作用，形成厚度均匀、致密性高的薄膜。
参照图1，为了详细说明本实施例的空心光纤外壁镀膜方法，本实施例还提出一种基于空心光纤1的光场共振结构及其制作方法，本实施例的制作方法包括下列步骤：
S1、将单模光纤4和多模光纤3同轴熔接，并将空心光纤1偏轴熔接在多模光纤3远离单模光纤4一端，在空心光纤1侧壁内形成共振腔；
S2、在空心光纤1外壁表面涂覆紫外固化胶；
S3、通过紫外激光器从单模光纤4远离多模光纤3一端入射紫外激光，使得紫外固化胶在空心光纤1外壁固化形成薄膜2。
相应地，本实施例的基于空心光纤1的光场共振结构，包括依次熔接的单模光纤4、多模光纤3和空心光纤1；
单模光纤4内设有单模纤芯41，多模光纤3内设有多模纤芯31，单模纤芯41、多模纤芯31和空心光纤1的空气芯11依次对应设置，且单模纤芯41和多模纤芯31同轴布置，所述空心光纤1的空气芯11与二者偏轴设置，在空心光纤1的侧壁内形成共振腔，空心光纤1外壁表面设有聚合物薄膜2。
为了保证空心光纤外壁薄膜的致密性，空心光纤1与多模光纤3偏轴设置，通过多模光纤3向空心光纤1内入射紫外激光，在空心光纤1侧壁内形成共振腔，光从单模光纤传输到多模光纤，经过多模光纤分光后进入空心光纤的空气芯内，部分光进入空心光纤侧壁内，在侧壁的内外环面之间发生多次反射并发生干涉，部分光溢出后与紫外固化胶作用，胶体发生聚合，形成厚度均匀、致密性高的聚合物薄膜。
本发明中，所提出的基于空心光纤侧壁光场共振结构的制作方法，其技术效果与上述空心光纤外壁镀膜方法类似，进一步地，将空心光纤先熔接在多模光纤一端，然后再进行镀膜，避免熔接过程中对薄膜造成二次损坏。
在实际操作中，可将空心光纤一端端面切平，与多模光纤熔接后，再将空心光纤另一端切平。
本实施例的方法还包括，S4、用显影液对紫外固化胶进行清洗，去除空心光纤1外部未曝光的紫外固化胶，进一步提高成膜质量。
在其他具体实施方式中，为了精确控制聚合物薄膜的厚度，可通过控制紫外激光的功率控制所述薄膜2厚度。
本实施例的基于空心光纤侧壁光场共振结构的制作方法，在S3中，所述紫外激光器的激光波长为390-420nm，光斑大小为4-6mm，最大功率为90-110mw。
在光纤的具体选择方式中，所述多模纤芯31直径为60-65μm，空心光纤1的空气芯11直径为50-55μm，空气芯11的轴线与多模纤芯31的轴线之间间隔距离为6-10μm。
在其他具体选择方式中，单模光纤4、多模光纤3和空心光纤1的外径相等，且所述外径外120-130μm。
在光纤长度的选择中，多模光纤2的长度为600-700μm，当多模光纤2过长时，由于多模光纤的自聚焦效应，会影响进入空心光纤的分光，不利于侧壁共振现象的形成；空心光纤的长度为750-850μm，当空心光纤3长度过短时，空心光纤长度在法布里珀罗干涉范围之内，会形成法布里珀罗干涉，影响侧壁共振效果。
在聚合物薄膜的具体设计方式中，所述聚合物薄膜2厚度为400-3000nm，所采用的紫外固化胶的型号为诺兰公司生产的Norland Optical Adhesive NOA63。
在本实施例中，所提出的基于空心光纤的光场共振结构，单模光纤、多模光纤和空心光纤依次熔接而成，单模纤芯和多模纤芯同轴布置，所述空心光纤的空气芯与二者偏轴设置，在空心光纤的侧壁内形成共振腔，空心光纤外壁表面设有聚合物薄膜；通过上述优化设计的基于空心光纤的光场共振结构，多模纤芯和空心芯沿轴向方向产生错位，光依次经过单模纤芯、多模纤芯后进入空气芯内，部分光进入空心光纤侧壁内，在其内外环面之间的腔内形成共振，通过共振腔和薄膜的设计大大提高探测灵敏度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空心光纤外壁镀膜方法，其特征在于，包括下列步骤：
在空心光纤(1)外壁表面涂覆紫外固化胶，从空心光纤(1)一端入射紫外激光，使得紫外固化胶在空心光纤(1)外壁固化形成薄膜(2)；
还包括下列步骤：在空心光纤(1)一端熔接多模光纤(3)，空心光纤(1)与多模光纤(3)偏轴熔接，通过多模光纤(3)向空心光纤(1)内入射紫外激光，在空心光纤(1)侧壁内形成共振腔；
在多模光纤(3)远离空心光纤(1)一端同轴熔接单模光纤(4)，通过紫外激光器和单模光纤(4)向多模光纤(3)内入射紫外激光。
2.根据权利要求1所述的空心光纤外壁镀膜方法，其特征在于，形成薄膜(2)后，用显影液对紫外固化胶进行清洗，去除空心光纤(1)外部未曝光的紫外固化胶。
3.根据权利要求1所述的空心光纤外壁镀膜方法，其特征在于，通过控制紫外激光的功率控制所述薄膜(2)厚度。
4.一种基于空心光纤的光场共振结构的制作方法，其特征在于，包括下列步骤：
S1、将单模光纤(4)和多模光纤(3)同轴熔接，并将空心光纤(1)偏轴熔接在多模光纤(3)远离单模光纤(4)一端，在空心光纤(1)侧壁内形成共振腔；
S2、在空心光纤(1)外壁表面涂覆紫外固化胶；
S3、通过紫外激光器从单模光纤(4)远离多模光纤(3)一端入射紫外激光，使得紫外固化胶在空心光纤(1)外壁固化形成薄膜(2)。
5.根据权利要求4所述的基于空心光纤的光场共振结构的制作方法，其特征在于，还包括：S4、用显影液对紫外固化胶进行清洗，去除空心光纤(1)外部未曝光的紫外固化胶。
6.根据权利要求4所述的基于空心光纤的光场共振结构的制作方法，其特征在于，在S3中，所述紫外激光器的激光波长为390-420nm，光斑大小为4-6mm，最大功率为90-110mw。
7.一种基于空心光纤的光场共振结构，其特征在于，包括依次熔接的单模光纤(4)、多模光纤(3)和空心光纤(1)；
单模光纤(4)内设有单模纤芯(41)，多模光纤(3)内设有多模纤芯(31)，单模纤芯(41)、多模纤芯(31)和空心光纤(1)的空气芯(11)依次对应设置，且单模纤芯(41)和多模纤芯(31)同轴布置，所述空心光纤(1)的空气芯(11)与二者偏轴设置，在空心光纤(1)的侧壁内形成共振腔，空心光纤(1)外壁表面设有聚合物薄膜(2)。
8.根据权利要求7所述的基于空心光纤的光场共振结构，其特征在于，所述多模纤芯(31)直径为60-65μm，空心光纤(1)的空气芯(11)直径为50-55μm，空气芯(11)的轴线与多模纤芯(31)的轴线之间偏轴距离为6-10μm；
单模光纤(4)、多模光纤(3)和空心光纤(1)的外径相等，且所述外径为120-130μm。
9.根据权利要求7所述的基于空心光纤的光场共振结构，其特征在于，所述聚合物薄膜(2)采用紫外固化胶固化而成；
所述聚合物薄膜(2)厚度为400-3000nm。
10.根据权利要求9所述的基于空心光纤的光场共振结构，其特征在于，所述紫外固化胶的型号为诺兰公司生产的Norland Optical Adhesive NOA63。
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