一種基于微孔光學反射隔膜的光纖f-p多功能傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及光纖傳感技術領域，特別是一種光纖法布里-巧羅F-P傳感器。
【背景技術】
[0002] 隨著科學技術的迅速發(fā)展，人們開始追求傳感器的小型化、輕量化，W及對惡劣環(huán) 境的適應性。因此光纖傳感器W其抗電磁干擾、耐腐蝕、易復用、靈敏度高、測量范圍大， 結構小巧等優(yōu)點成為了近年來學者們研究的熱點。常用的光纖傳感器主要包括；基于馬 赫-增德爾干設儀的傳感器、法布里-巧羅干設儀的傳感器、薩巧亞克干設儀的傳感器、W 及基于光纖光柵的傳感器。其中基于法布里-巧羅（F-巧干設儀的傳感器是目前應用歷 史最長，技術最為純熟、應用最為廣泛的光纖傳感器之一，已經成功被應用于溫度、壓力、位 移、應變、超聲、折射率、濕度、氣體濃度等物理和化學參數的測量?，F有的光纖F-P傳感器 的制作方法有很多，包括：端面鍛膜法（將一段光纖焊接在兩個鍛有高反射膜光纖的中間 形成F-P腔）、光柵成腔法（在一段光纖上刻蝕兩個完全相同的布拉格光柵形成F-P腔）、 飛秒刻蝕法（利用飛秒脈沖激光器在光線表面或內部刻蝕形成F-P腔）、空屯、光纖法（將空 屯、光纖與常規(guī)光纖想烙接形成F-P腔）。然而依據上述方法做成的光纖F-P傳感器，F-P腔 的質量很容易受到加工技術的影響而且成本較高，往往只能對特定的單一參數進行檢測。
[0003] 追求功能的多樣性是目前研究F-P傳感器的一大重要目標。而光纖F-P傳感器的 功能主要由其腔型決定。依據的光纖F-P傳感器的具體制作方法和腔型結構，光纖F-P傳 感器可主要分為開腔式和閉腔式。對于開腔式的F-P傳感器，被測物質可W進入F-P傳感 器的腔體，通過改變腔內的相對折射率實現對一些化學量和物理量的檢測，比如液體的折 射率、空氣的相對濕度、氣體的濃度等。相對于開腔式F-P傳感器，閉腔式F-P傳感器通過 被測參量的改變引起反射隔膜的形變，進一步導致腔長的改變，最終通過對腔長變化的解 調實現對振動、應變、聲波/超聲波、壓強、位移等物理參數的探測。如2012年3月14日公 開的中國專利CN102374874 A和2012年3月21日公開的中國專利CN102384809 A，都采用 了閉腔式的F-P傳感器設計，可實現對應變或壓力、壓強的探測。但由于其閉腔結構，通常 無法完成對化學參量的探測，比如液體折射率，空氣濕度，氣體濃度等?？梢姭@得一種既能 探測化學量又能探測物理量的光纖F-P傳感器顯得十分必要。
[0004] 除了多功能性，感應靈敏度也是光纖F-P傳感器中十分重要的性能指標?；诜?射隔膜式的F-P傳感器，其感應靈敏度正比于r 4/h3(Guo F, Fink T, Han M, et al.化曲-sens itivity, high-frequency extrinsic Fabry - Perot interferometric fiber-tip sensor based on a thin silver diaphragm. Optics Letters, 2012, 37巧）：1505-1507),這里 r 是 隔膜的半徑，h是反射隔膜的厚度。也就是說，反射隔膜的半徑越大厚度越小，傳感器的夷 敏度就越高。對于光纖F-P傳感器，為了滿足小型化的需要，通常反射隔膜的直徑一般取決 于所用光纖的直徑。因此F-P傳感器的靈敏度主要由反射隔膜的厚度決定。通過合理控制 膜厚，可W實現應力、應變、加速度等物理量的測量。如2009年10月18日公開的中國專利 CN101368979 A，實現了一種基于單模光纖-光纖毛細管-實屯、光子晶體光纖的F-P加速度 傳感器。在該發(fā)明中，采用了實屯、光子晶體光纖與光纖F-P腔的烙合，通過研磨降低了所烙 光子晶體光纖的長度，并且通過激光微加工的方法在實屯、光子晶體光纖的中屯、部分制作出 反射隔膜，該反射隔膜的厚度為3-20微米。但其不足之處是，通過激光微加工的方法，操作 方法復雜，成本較高。重要的該種制備方法，難W將反射隔膜的控制在微米數量級W下。當 一些微弱信號（如聲波、超聲波）作用于振動膜片時，很難引起振動膜片的形變。相對于納 米數量級的反射隔膜，上述傳感器的探測靈敏度和對信號的分辨率依然相對較低，無法實 現對超聲/聲波信號的高靈敏度的探測。另一種提高靈敏度的方法是增大反射膜的半徑， 但采用該種辦法必將W增大傳感器的體積為代價。如2014年1月22日公開的中國專利 CN103528665 A，提出的一種法布里-巧羅MEMS聲波傳感器，采用準直器、SOI晶片和聲敏感 薄膜設計的聲波傳感器，通過增大反射薄膜的半徑提高靈敏度可W實現對聲波的探測。但 其傳感器的直徑比普通單模光纖大了將近16倍。與光纖傳感器相比，其體積過大，不利于 小型化傳感器的需求。另外其聲敏感薄膜的厚度為2-4微米，相對于納米數量級的反射隔 膜，該傳感器的探測靈敏度仍然有較大的提升空間。
[0005] 針對上述問題，迫切地需要一種體積小、低成本，制作簡單，靈敏度高，能夠同時實 現對化學量和物理量探測的多功能、多用途的光纖F-P傳感器。
【發(fā)明內容】
[0006] 本發(fā)明針對光纖F-P傳感器體積超小型化、高探測靈敏度、探測功能多樣化的需 要，并考慮現有技術的不足，提供了一種基于微孔光學反射隔膜的光纖內置型F-P多功能 傳感器。
[0007] 本發(fā)明通過W下技術方案實現。
[000引一種基于微孔光學反射隔膜的光纖F-P多功能傳感器，包括：單模光纖、光纖毛細 管、微孔光學反射隔膜；所述光纖毛細管的一端與所述單模光纖的一端通過烙接的方式連 接，所述光纖毛細管的另一端和所述微孔光學反射隔膜通過粘接的方式連接；所述微孔光 學反射隔膜上有微孔，所述光纖毛細管的中空部分作為所述光纖F-P多功能傳感器的F-P 干設腔。
[0009] 進一步地，所述微孔光學反射隔膜的厚度為100-300納米。
[0010] 進一步地，所述微孔光學反射隔膜通過使用微孔掩模板和金屬氣相沉積法或金屬 磁控瓣射法制備。
[0011] 本發(fā)明通過一定的連接方式將單模光纖-光纖毛細管-超薄微孔光學反射隔