[发明专利]基于飞秒激光制备光子晶体光纤Fabry‑Perot温度传感器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤器件领域，特别涉及一种基于飞秒激光制备光子晶体光纤Fabry-Perot温度传感器。

背景技术

光纤传感器具有诸多优良特性，可实现复杂环境下的测量工作具有非常广泛的应用价值。它具有抗电磁干扰、抗辐射、灵敏度高、重量轻、绝缘防爆、耐腐蚀等特点，且光纤尺寸微小，具有良好的光传输性能。在各种类型的光纤传感器中，目前精度最高的是干涉型光纤传感器。其中光纤法布里-珀罗温度传感器(即F-P)传感器因只用一根光纤且结构简单体积小、动态范围大，在生物医学、磁场、微机电系统中受到广泛关注。

光纤F-P传感器主要包括非本征型和本征型两大类。非本征型结构的光纤F-P传感器是利用光纤和一个具有反射面结构的非光纤原件组成；本征型光纤F-P结构的加工方法一般为将光纤两端面镀膜，通过封装或对接制成，但由于光纤的直径在微米量级，镀膜材料难以选择，镀膜难度大，且在封装或对接时需要精确地控制镀膜光纤和精确连接光纤以减小耦合损失，操作难度大。针对利用飞秒刻写形成的光纤F-P传感器，当飞秒激光聚焦到光纤纤芯上时，会使材料性质发生改变，使其折射率发生改变，而光纤的表面不会受到任何影响。

光子晶体光纤最大的特点是完全由熔融石英制成，包层与纤芯都是由石英组成，但在包层中存在按三角分布均匀排列的空气孔。相比传统光纤，光子晶体光纤表现出许多十分优异的特性：无截止波长的单模传输特性、良好的色散性质、高双折射特性、大模场面积、高非线性效应。光子晶体光纤还易于实现多芯传输，可以制作成大孔径的光子晶体光纤。这些特性突破了传统光纤光学的局限，拓展了光纤的应用范围，在光电子器件、超快及光学、光通信、微光电子学及场强物理学等领域开辟了新的研究方向。

与其他光纤相比，用光子晶体光纤制备的传感器更不易受电磁干扰，光子晶体光纤是纯石英结构，而其他光纤纤芯都有不同程度的掺锗成分；光子晶体光纤的无截止波长的单模传输效应可增加单模传输波长范围，扩大了光子晶体光纤传感器的检测范围；光子晶体光纤良好的色散性质使纤芯和包层在力学和热力学上可以完全匹配，纤芯和包层的折射率差不会因材料的的不相容性而受限制，从而可以在很大的波长范围得到较大的色散。

不同的刻写方式会不同程度破坏光子晶体光纤的结构，使光子晶体光纤失去特有的优势。采用飞秒激光在所述光子晶体光纤上制成F-P腔结构，其中F-P腔体结构并未破坏，只是通过划线改变了F-P腔两端的折射率，对光子晶体光纤特性的影响较小。

因此，需要一种采用飞秒激光方式在光子晶体光纤刻写制作光子晶体光纤Fabry-Perot温度传感器的方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于飞秒激光制备光子晶体光纤Fabry-Perot温度传感器的方法，包括如下步骤：

采用光子晶体光纤，将飞秒激光器的飞秒激光聚焦在所述光子晶体光纤的纤芯上，并垂直于光纤轴向；然后所述飞秒激光沿径向在所述光子晶体光纤上来回划线，得到两个深度到达光纤纤芯的内部反射镜，所述两个内部反射镜与反射镜之间的光子晶体光纤构成F-P腔结构，从而制得光子晶体光纤Fabry-Perot温度传感器。

光子晶体光纤有很多特性，不同的刻写方式会不同程度破坏光子晶体光纤的结构，使光子晶体光纤失去特有的优势。本发明的刻写方式得到的F-P腔结构并未破坏，只是通过划线改变了F-P腔两端的折射率，对光子晶体光纤特性的影响较小。

优选地，划线的长度大于光纤纤芯直径，以实现对光纤纤芯的完全刻写。

优选地，所述F-P腔的两个内部反射镜的距离为50～6000μm，其干涉效果最好。

优选地，所述飞秒激光器的中心波长为800nm，脉冲宽度为120fs，重复频率为1kHz。

更优选地，所述飞秒激光器采用钛蓝宝石飞秒激光器。

本发明具有以下有益效果：

1、采用飞秒刻写的方式制备本征型F-P温度传感器，简单快捷。

2、选用光子晶体光纤，相比传统光纤，光子晶体光纤优异的特性突破了传统光纤光学的局限，拓展了光纤的应用范围。

3、制备得到的传感器器件结构简单，稳定性可靠，并可以根据要求制备不同腔长、不同反射系数的光纤内部反射镜的器件。

4.本发明的制备方法不需要昂贵的掩模版，成本较低、重复性高，易于实现器件的批量加工。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明