基于光纤的微腔型珐珀传感器、制作方法及检测装置

1.一种基于光纤微腔型珐珀传感器，其特征在于，所述传感器由两段光纤熔接而成，其中一段光纤的熔接面为平直端面，另一段光纤的熔接面为弧型端面，所述弧型端面为从光纤的端头向外凸出的弧形面；所述两光纤熔接时在熔接面内部形成珐珀腔，所述珐珀腔的两侧壁形成第一反射面及第二反射面。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤微腔型珐珀传感器，其特征在于，所述光纤为单模光纤或多模光纤。
3.一种基于光纤微腔型珐珀传感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将两根光纤的端面切割成平直端面，并将其中一根的平直端面制成弧形端面；所述弧型端面为从光纤的端头向外凸出的弧形面。
B、将两根光纤的平直端面与弧形端面对接，对接过程中形成气泡珐珀腔。
4.根据权利要求3所述的基于光纤微腔型珐珀传感器的制作方法，其特征在于，步骤A所述的弧形端面采用电弧放电或二氧化碳激光加热制作形成。
5.根据权利要求3所述的基于光纤微腔型珐珀传感器的制作方法，其特征在于，步骤B所述的对接在熔接机中通过电弧放电手动熔接完成。
6.一种具有光纤微腔型珐珀传感器的测量装置，包括耦合器、宽带光源及光谱仪，所述宽带光源及光谱仪均连接耦合器，其特征在于，所述耦合器还连接有基于光纤微腔型珐珀传感器，所述基于光纤微腔型珐珀传感器由两段光纤熔接而成，其中一段光纤的熔接面为平直端面，另一段光纤的熔接面为弧型端面，所述两光纤熔接时在熔接面内部形成珐珀腔，所述珐珀腔的两侧壁形成第一反射面及第二反射面；其中，所述弧型端面为从光纤的端头向外凸出的弧形面。
7.根据权利要求6所述的一种具有光纤微腔型珐珀传感器的测量装置其特征在于，所述光纤为单模光纤或多模光纤。

基于光纤的微腔型珐珀传感器、制作方法及检测装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种光纤传感技术，尤其涉及一种基于光纤的微腔型珐珀传感器、制作方法及检测装置。\n背景技术\n[0002] 光纤传感器以其体积小、抗电磁干扰、可用于恶劣环境等突出优点在航天、船舶、大坝、环境监测、化工生物等领域应用广泛。光纤干涉式传感器采用了光干涉技术，其精度比普通光纤传感器高。\n[0003] 传统的光纤温度传感器主要采用光纤布拉格光栅，但由于其本身不耐高温，主要通过辅助措施来进行间接测量。但这种方式集成度不高。应用二氧化碳激光器等写制的长周期光纤光栅能耐高温，但由于其存在对弯曲应变等交叉敏感的问题，应用起来不方便。而干涉式传感器不存在这些弊端，但是普通非本征干涉式珐珀由于其封粘胶会老化，且其制作比较复杂，不利于应用。\n[0004] 美国弗吉尼亚理工的王安波等提出了用高温热熔粘接传统型光纤插入毛细套管的珐珀腔，后来多个小组也提出利用飞秒激光、准分子激光、等离子束刻蚀等方法在光纤上刻蚀微腔形成珐珀腔。这些方法都需要昂贵的微加工设备，运行成本高。Li等人也提供了一种通过空芯光子晶体光纤和普通单模光纤熔接在熔接点形成微气泡珐珀结构应变传感器。西班牙的Villatoro等人也通过实芯光子晶体光纤和普通单模光纤熔接在熔接点形成微气泡珐珀结构应变传感器。这两种传感器应变灵敏度都很高，适于用作应变传感器。但这两种方案都需要用到价格昂贵的特殊光纤，而且制作的珐珀腔腔长随机性比较大，不可控。\n发明内容\n[0005] 本发明的目的在于提供一种基于光纤微腔型珐珀传感器、及其制作方法以及采用基于光纤微腔型珐珀传感器所组成的测量装置。\n[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现：\n[0007] 一种基于光纤微腔型珐珀传感器，所述传感器由两段光纤熔接而成，其中一段光纤的熔接面为平直端面，另一段光纤的熔接面为弧型端面，所述两光纤熔接时在熔接面内部形成珐珀腔，所述珐珀腔的两侧壁形成第一反射面及第二反射面。\n[0008] 进一步的，所述光纤为单模光纤或多模光纤。\n[0009] 一种基于光纤微腔型珐珀传感器的制作方法，包括以下步骤：\n[0010] A、将两根光纤的端面切割成平直端面，并将其中一根的平直端面制成弧形端面。\n[0011] B、将两根光纤的平直端面与弧形端面对接，对接过程中形成气泡珐珀腔。\n[0012] 进一步的，步骤A所述的弧形端面采用电弧放电或二氧化碳激光加热制作形成。\n[0013] 进一步的，步骤B所述的对接在熔接机中通过电弧放电手动熔接完成。\n[0014] 一种具有光纤微腔型珐珀传感器的测量装置，包括耦合器、宽带光源及光谱仪，所述宽带光源及光谱仪均连接耦合器，所述耦合器还连接有基于光纤微腔型珐珀传感器，所述基于光纤微腔型珐珀传感器由两段光纤熔接而成，其中一段光纤的熔接面为平直端面，另一段光纤的熔接面为弧型端面，所述两光纤熔接时在熔接面内部形成珐珀腔，所述珐珀腔的两侧壁形成第一反射面及第二反射面。\n[0015] 进一步的，所述光纤为单模光纤或多模光纤。\n[0016] 本发明的有益效果为：制作简单、完全程序化操控、可批量化生产，所制作的传感器温度不敏感、应变灵敏度高、响应时间快、可靠性高、体积小、抗振动、抗电磁干扰、价格低廉。\n附图说明\n[0017] 下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。\n[0018] 图1为本发明所述基于光纤微腔型珐珀传感器结构示意图。\n[0019] 图2为本发明所述基于光纤微腔型珐珀传感器制作示意图。\n[0020] 图3为具有光纤微腔型珐珀传感器的应变测量装置结构图。\n[0021] 图中：\n[0022] 1、气泡珐珀腔；2、第一反射面；3、第二反射面；4、第一光纤；5、第二光纤；6、平直端面；7、弧形端面；8、宽带光源；9、耦合器；10、基于光纤微腔型珐珀传感器；11、光谱仪。\n具体实施方式\n[0023] 如图1及图2所示，本实施例中，一种基于光纤微腔型珐珀传感器，所述传感器由第一光纤4和第二光纤5两段单模光纤熔接而成，所述第一光纤4的熔接面为平直端面6，第二光纤5的熔接面为弧型端面7，两段光纤熔接时在熔接接头内部形成气泡珐珀腔1，所述气泡珐珀腔1的两侧壁形成第一反射面2及第二反射面3。\n[0024] 图2所示，一种基于光纤微腔型珐珀传感器的制作方法，包括以下步骤：\n[0025] 步骤一：将第一光纤4和第二光纤5两段单模光纤尾端切平形成平直端面6，再将第二光纤5采用电弧或二氧化碳加热方法融化该平直端面形成一个弧形端面7；\n[0026] 步骤二：将第一光纤4和第二光纤5分别放入熔接机中，将弧形端面7与平直端面\n6通过电弧放电熔接在一起。\n[0027] 上述步骤二在熔接过程中，由于是将弧形端面7和平直端面6两种特殊型结构进行熔接，能捕获一定量的空气，于是在第一光纤4和第二光纤5的熔接面中形成气泡珐珀腔\n1，而且气泡珐珀腔1的大小在一定范围内可以调节。该气泡的两个壁也就形成了光纤内珐珀腔的两个反射面。\n[0028] 图3所示为采用本发明的基于光纤微腔型珐珀传感器的应变测量装置，它包括基于光纤微腔型珐珀传感器10、耦合器9、宽带光源8、光谱仪11；其中宽带光源8连接到耦合器9的一端，耦合器9的另一端连接基于光纤微腔型珐珀传感器10，形成反射干涉谱线，经由耦合器9连接到光谱仪11。宽带光源8输出一定带宽及波长范围的激光，进入耦合器9，激光通过耦合器9进入基于光纤微腔型珐珀传感器10后，分别被熔接气泡壁形成的反射面反射回来。并返回耦合器9中，当光在基于光纤微腔型珐珀传感器10的空心光纤包层中来回的光程小于光源的相干长度时，两反射面分别反射的光将发生干涉。于是在耦合器9向着光谱仪11输出端的干涉信号进入光谱仪11进行数据采集处理。基于光纤微腔型珐珀传感器10在环境物理量变化的作用下气泡两端反射面反射的光程差或光强改变，通过光谱仪11探测处理这些改变，即可得知改变值，形成测量。