[发明专利]一种温度自补偿式非本征法布里珀罗腔及制作方法

说明书

一种温度自补偿式非本征法布里珀罗腔及制作方法，解决了现有非本征法布里珀罗腔受温度影响的问题，属于光纤传感技术领域。本发明的非本征法布里珀罗腔包括蓝宝石膜片、二氧化硅基座和蓝宝石柱片，蓝宝石膜片位于二氧化硅基座顶部，所述氧化硅基座由二氧化硅侧壁和二氧化硅底座组成；二氧化硅侧壁和二氧化硅底座与蓝宝石膜片构成真空腔，蓝宝石柱片设置在真空腔内，并固定在蓝宝石膜片的底部中心位置。本发明还提供了制作方法。本发明增强了非本征F‑P腔的应用温度范围，降低了成本，又让光在F‑P腔中传输没有较大传输损耗，增加了F‑P腔的使用寿命，适应较宽的温度范围内进行光学信号的温度补偿，大大减小了光学解调部分的工作量。

技术领域

本发明提供了一种温度自补偿式非本征法布里珀罗腔及制作方法，属于光纤传感技术领域。

背景技术

非本征法布里珀罗(Fabry–Perot,F-P)腔由于其尺寸小，在测量温度、压力、振动、声波等方面灵敏度高，抗电磁干扰性能好，所以近些年来在工程应用上有很大的利用价值。然而非本征的F-P光纤型传感器在测量除了温度以外的物理量时，都要进行温度补偿，校准环境温度所带来的误差信号。

常规的制作的非本征F-P腔是将两个具有良好垂直度的单模光纤的端面插入一个与光纤直径相匹配的毛细管中，来保证F-P的端面同轴并相互垂直。但这种F-P腔由于中间含有热膨胀系数约为3.676×10^-3/K的空气，远超于热膨胀系数为0.5×10^-6/K的二氧化硅光纤材料，而且空气中除了氧气氮气等气体以外，还含有细菌等杂质，这对F-P腔长时间在室外温度下测量数据稳定性带非常大的影响。

基于上述背景，研发一种对温度不敏感并可以长时间工作在较宽温区下的非本征F-P腔是当前研究的重点，有利于F-P光纤型传感器在日常生产生活中有更广的应用前景，大大延长传感器使用寿命，降低维护成本。

发明内容

针对现有非本征法布里珀罗腔受温度影响的问题，本发明提供一种对温度不敏感并可以长时间工作在较宽温区下的温度自补偿式非本征法布里珀罗腔及制作方法。

本发明的一种温度自补偿式非本征法布里珀罗腔，包括蓝宝石膜片1、二氧化硅基座2和蓝宝石柱片4，蓝宝石膜片1位于二氧化硅基座2顶部，所述氧化硅基座2由二氧化硅侧壁5和二氧化硅底座6组成；二氧化硅侧壁5和二氧化硅底座6与蓝宝石膜片1构成真空腔3，蓝宝石柱片4设置在真空腔3内，并固定在蓝宝石膜片1的底部中心位置。

作为优选，真空腔3的真空度小于5×10^-4Pa。

本发明还提供了温度自补偿式非本征法布里珀罗腔的制作方法，包括：

S1、取蓝宝石膜片，蓝宝石膜片的厚度为300μm、规格8×8mm、热膨胀系数为7.5×10^-6/K；

S2、在S1的蓝宝石膜片上制作蓝宝石柱片4：蓝宝石柱片4的中心轴线与蓝宝石膜片1的中心重合，利用MEMS湿法刻蚀工艺，将S1的蓝宝石膜片1的下表面四周进行深度刻蚀，在蓝宝石膜片1下表面中心刻蚀出厚度为20～200μm、表面粗糙度为10nm、直径为1mm的蓝宝石柱片4；

S3、对没有与蓝宝石柱片4接触的蓝宝石膜片1下表面用功率为6W、脉冲时间小于190fs、脉冲能量大于1兆焦耳的飞秒激光器使其表面粗糙化，粗糙度为1μm；

S4、利用MEMS湿法刻蚀技术制作二氧化硅基座2的腔体结构，其表面粗糙度小于10nm，二氧化硅基座2的热膨胀系数为0.5×10^-6/K；