[发明专利]一种光纤内制备三维微流通道与微腔的方法

说明书

技术领域

本发明属于飞秒激光微加工领域，具体的说是一种飞秒激光诱导水击穿在光纤内制备三维微流通道与微腔的方法。

背景技术

随着光纤通信技术的发展，光纤传感技术逐渐从光纤通信技术中衍生出来，成为传感技术领域的一条重要分支。光纤传感技术以光纤作为信号传播介质，以光纤中的光波作为传感信号的载体，通过光纤传感器件感知和探测生活生产环境中的各种信息。与传统的电子传感器件相比，光纤传感器件灵敏度高、抗电磁干扰能力强、体积小、重量轻，在传感领域具有广泛的应用前景。

光纤中光信号能量绝大部分都在纤芯以及包层内贴近纤芯的位置中传输，渗透到包层中的能量极少，因此如何提高外界环境参数变化对光纤纤芯内光信号的影响是提高光纤传感结构灵敏度的关键。光纤微流体通道与微腔位于光纤内部纤芯位置，外界环境参数变化能够通过微流体通道与微腔直接对光纤纤芯内的光信号进行调制，因此，基于光纤内微流通道与微腔的传感器件具有更高的传感灵敏度，在传感领域具有巨大优势。

目前，在光纤内制备微流通道与微腔主要有飞秒激光直接刻蚀与离子束注入刻蚀两种方法。但是利用这两种方法只能在光纤内由外侧向内侧制备形状简单的二维微流通道与微腔，无法在光纤内部直接制备具有三维形状的微流通道与微腔，限制了光纤内微流通道与微腔在光纤传感领域的应用和发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种制备方法简单、效率高、重复性好，能有效地排出光纤中激光烧蚀产生的粉末，三维微流通道与微腔的尺寸、位置和形状能够得到有效控制的光纤内制备三维微流通道与微腔的方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种光纤内制备三维微流通道与微腔的方法，其特征在于：其包括如下步骤：

(1) 将光纤固定在微型水浴装置中；

(2) 将载有光纤的微型水浴装置放置在由计算机控制的三维精密移动平台上；

(3) 飞秒激光通过光学聚焦系统聚焦到光纤正下方的水中，飞秒激光脉冲与水相互作用诱导产生空化空蚀现象对光纤材料产生空腔刻蚀，并将水引入光纤内部；

(4) 通过计算机控制三维精密移动平台运动，使得飞秒激光脉冲焦点在光纤内进行扫描刻蚀，刻蚀掉的光纤材料随水流排出，在光纤纤芯或包层中制备得到三维微流通道与微腔。

本发明所述步骤（1）中首先将待加工的光纤固定在微型水浴装置的两条支架之间，所述支架与载玻片等长、高度为120微米，两条支架平行固定于载玻片的两侧；而后在两条支架之间滴上水滴将光纤浸没，然后将盖玻片盖在水滴正上方。

本发明所述的光纤为单模光纤或多模光纤。

本发明所述的三维微流通道与微腔位于光纤的纤芯或包层中。

本发明所述的飞秒激光脉冲宽度为飞秒量级，重复频率100Hz以上。

本发明利用飞秒激光诱导水击穿在光纤内制备三维微流通道与微腔，通过控制飞秒激光脉冲能量与扫描轨迹来控制光纤内三维微流通道与微腔的尺寸、位置和形状，能够在光纤内制备出各种复杂三维形状的微流通道与微腔。对照现有技术，本发明制备方法简单、效率高、重复性好，能有效地排出光纤中激光烧蚀产生的粉末，三维微流通道与微腔的尺寸、位置和形状能够得到有效控制。是一种理想的光纤内制备三维微流通道与微腔的方法，在光纤微流体器件与光纤传感领域具有重要应用价值。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的描述。

一种光纤内制备三维微流通道与微腔的方法，其包括如下步骤：

(1) 将光纤固定在微型水浴装置中；具体是将两条与载玻片等长、高度为120微米的支架分别平行固定于载玻片的两侧，将光纤待加工位置的涂覆层去掉，并将光纤固定在两条支架之间，在两条支架之间滴上水滴，将待加工光纤浸没，然后将盖玻片盖在水滴正上方，用来避免水滴表面形状对激光聚焦产生影响，提供飞秒激光诱导水击穿加工环境。

(2) 将载有光纤的微型水浴装置放置在由计算机控制的三维精密移动平台上。所述的三维精密移动平台在X、Y、Z三个方向各有一个步进电机，三个步进电机分别与计算机连接。