[发明专利]一种光纤珐珀传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种多参数测量光纤珐珀传感器的设计。

背景技术

近年来，随着生物、医学、能源、环境、航天航空、军事等领域的快速发展，对传感器的微型化、轻量化、低能耗、耐恶劣环境能力等提出非常迫切的要求，微纳传感器已成为国际上的重大科技前沿热点之一。激光微加工技术的迅猛发展为研究新一代微纳光纤传感器件提供了新的技术手段，因此如何应用激光等现代微纳加工技术在光纤上实现各种微纳功能性传感器器件是未来光纤传感器发展的重要趋势。在应对各种复杂的测试环境，如航空航天等领域，对传感器在对高温下的特性也提出了急迫的要求，如何解决传感器在高温下的测量是传感器领域中的一个十分前沿和重大的科学课题。在高温环境下，测量温度参数具有同样重要的意义，如何实现传感器在测量指定参数的同时对温度参数的测量也是传感器领域中的一个十分前沿和重大的科学课题。

在光纤传感器中，作为温度、加速度和压力测量的传感器主要是布拉格光纤光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）和珐珀（Fabry Perot，FP）腔干涉仪，FBG由于其温度与其它被测量的交叉敏感性和在大应变下光谱畸变使其应用受到了较大的限制。珐珀传感器由于温度与其它被测量的交叉敏感性小的特点很适合温度、加速度和压力测量。本申请人之前在CN200810305317.0中提出了一种用激光加工可测量加速度和压力的光纤珐珀传感器，提供了一种光学性能好、量程可调的光纤珐珀传感器

FBG由于其温度与其它被测量的交叉敏感性受到了较大的限制，所以单一FBG传感器无法实现温度和其他参数的同时测量。珐珀传感器由于温度与其它被测量的交叉敏感性小的特点很适合温度、加速度和压力测量，但目前可实现温度和其他参量同时测量的珐珀传感器采用的是多个传感器复用的方法，结构相对复杂。

发明内容

针对上述问题，本发明的一个目的是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珐珀传感器。

本发明的技术方案为：一种光纤珐珀传感器，包括：光纤和被接光纤，在所述光纤或/和被接光纤的端面设有微槽，所述光纤和被接光纤对接连接在一起，所述微槽形成FP腔，所述FP腔的光学发射面为平面，所述光纤珐珀传感器的外端面加工成薄片，在所述薄片中间位置刻蚀出一个凸起的圆柱体。

进一步的，所述薄片的厚度小于60微米。

进一步的，所述圆柱体的厚度为10到30微米，直径10到60微米。

进一步的，所述光纤和被接光纤是采用石英、聚合物、宝石或光子晶体材料制成的单模或多模光纤。

本发明的另一目的是提供一种上述光纤珐珀传感器的制作方法，可以批量化制作各种量程的珐珀传感器，具体包括如下步骤：

A.在光纤或/和被接光纤的端面加工微槽；

B.将光纤和被接光纤的端面对接在一起，所述微槽形成空气FP腔，所述FP腔的光学反射面是端面，该端面为第一个光学反射平面；

C.将光纤或被接光纤切割一部分，使被切面形成光纤珐珀传感器的外端面；

D.在C步骤形成的端面加工一个圆柱体，该圆柱体即为实心珐珀腔，圆柱体外端面形成第二个光学反射面。

进一步的，步骤A所述的加工是采用激光加工、飞秒激光加工、粒子束刻或电子束刻蚀。

进一步的，步骤B所述的对接采用激光熔接、电弧熔接、镀膜对接或粘接。

进一步的，步骤C所述的切割是采用光加工、飞秒激光加工、粒子束刻蚀或电子束刻蚀。

进一步的，步骤D所述的加工是采用光加工、飞秒激光加工、粒子束刻蚀或电子束刻蚀。

本发明的具体工作原理：本发明的光纤珐珀传感器的通过所形成的空气珐珀腔端面受压力或加速度的作用产生的变化实现对应压力或加速度的测量，通过所形成的实心珐珀腔受温度影响所产生的变化实现对温度的测量。

本发明的有益效果：本发明的光纤珐珀传感器实现了传感器的简单复用，即在一个传感头上制作出两个不同的珐珀腔，通过这两个不同的珐珀腔来实现双参数测量，利用空气腔对温度不敏感的特性用其测量压力或者加速的，同时利用实心腔对温度的敏感特性实现对温度的测量，通过相应的解调方法可以得到温度和压力或者温度和加速度的相关参数。本发明采用的激光加工、飞秒激光加工、粒子束刻或电子束刻蚀加工工艺对任何种类的光纤都实用，生产效率高，可实现大规模制造。

附图说明

图1是实施例一、二、三中步骤2所形成的珐珀传感器结构示意图；