[发明专利]无胶封装的高稳定性光纤法-珀压力传感器及制作方法

说明书

【技术领域】：

本发明涉及光纤压力传感器技术领域，该传感器可以用于检测液体、气体的相对压力和绝对压力，也可用于声波，超声波信号等的探测。

【背景技术】：

光纤法布里-珀罗压力传感器是光纤压力传感器中的一种，它通常由光纤端面和膜片端面构成法布里-珀罗微谐振腔，当压力作用在膜片上将使膜片变形，而使得法珀腔长发生变化，从而实现传感。近年来提出了一些设计方案，如2001年Don C.Abeysinghe等(Don C.Abeysinghe，Samhita Dasgupta，Joseph T.Boyd，Howard E.Jackson，A Novel MEMS pressure sensor fabricated on an optical fiber，IEEE Photonics Technology Letters，2001，13(9)：993-995)在包层直径分别为200微米和400微米，芯径为190微米和360微米的多模光纤端面刻蚀出微腔，然后在该端面键合上硅片构成传感器；2005年Juncheng Xu等(Juncheng Xu，Xingwei Wang，Kristie L.Cooper，Anbo Wang，Miniature all-silica fiber optic pressure and acoustic sensors，Optics Letters，2005，30(24)：3269-3271)利用氢氟酸蚀刻大芯径的石英光纤获得石英膜片，石英膜片熔接于毛细管端面处，切割的单模光纤端面伸入到该毛细管中就与石英膜片构成了光纤法布里-珀罗压力传感器；2006年Xiaodong Wang等(Xiaodong Wang，Baoqing Li，Onofrio L.Russo，et.al.，Diaphragm design guidel ines and an optical pressure sensor based on MEMS technique，Journal of microelectronics，2006，37：50-56)在500微米厚的Pyrex玻璃微加工出微腔体，然后硅片键合在Pyrex玻璃上，并和伸入腔体的光纤端面构成了光纤法布里-珀罗腔；2006年王鸣等(王鸣，陈绪兴，葛益娴等，法布里-珀罗型光纤压力传感器及其制作方法，专利申请号：200610096596.5)利用单晶硅片，玻璃圆管，光纤法兰盘和光纤插头构建了光纤法布里-珀罗腔。目前大部分膜片光纤法布里-珀罗传感器的封装为有胶封装，这对传感器的温度和湿度特性不利，2005年Juncheng Xu等的方案实现无胶封装，但限制了膜片只能是石英材料，无法使用机械力学性能更好的单晶硅片，此外也不适合实现批量制作。

【发明内容】：

本发明目的是克服现有技术中存在的上述一系列问题，提供一种新型结构的无胶封装的光纤法布里-珀罗压力传感器及其制作方法。

本发明是在对传统的光纤法布里-珀罗传感器存在问题的分析与研究的基础上提出的，该传感器结构可以避免传统光纤法布里-珀罗传感器有胶封装的缺点，即传感准确度受环境温湿度影响大的缺陷，同时又可使用机械性能好的单晶硅片，可得到更高的测量精度，降低使用环境温度、湿度限制，提高传感器可靠性和使用寿命。

本发明提供的无胶封装的光纤法布里-珀罗压力传感器包括：

传感器头：

传感器头为四层结构，第一层为第一单晶硅片，用作弹性膜片，感受压力，第一单晶硅片的后表面同时构成法布里-珀罗腔的第一个反射面；第二层为第一Pyrex玻璃片，形状为环形，中间加工有通孔，第一Pyrex玻璃片的厚度决定了法布里-珀罗腔的初始长度；第三层为第二单晶硅片，用于提供法布里-珀罗腔的第二个反射面；第四层为第二Pyrex玻璃片，第二Pyrex玻璃片的中间加工有通孔，用于对光纤的定位；

传感器体：

用作传感器的支撑结构和传输光纤的容纳结构，形状为圆柱形或是长方体形，传感器体的中间开有一个轴向通孔，制作材料是Pyrex玻璃或其他玻璃材料，该传感器体的前端面与传感器头中的第二Pyrex玻璃片的后端面熔接在一起；

传输光纤：该传输光纤由传感器体中间的轴向通孔内穿过，传输光纤的前端置于第二Pyrex玻璃片中间的通孔内，传输光纤的前端面与第二单晶硅片的后表面紧密贴合，用来传输入射光和出射光；传输光纤种类包括单模光纤和多模光纤。

本发明同时提供了一种上述无胶封装的光纤法布里-珀罗压力传感器的制作方法，具体包括：