亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器及制作方法
技术领域：
本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及到一种光纤Fabry-Perot (法布里-珀罗)干涉传感器及其制作方法。
背景技术：
近年来，光纤Fabry-Perot (法布里-珀罗)干涉传感器(光纤珐-珀干涉传感器) 以其微型化、结构简单、灵敏度高、耐高温、耐高压、防电磁干扰等优点在生物、医学、工业、 航空航天、军事等领域应用于压力、应变、位移、速度、加速度、超声等参数的传感，已受到国内外学者和企业的广泛关注。光纤Fabry-Perot干涉传感器包含本征型光纤Fabry-Perot 干涉传感器和非本征型光纤Fabry-Perot干涉传感器，非本征型光纤Fabry-Perot干涉传感器以其加工方法简单、实用性强、灵敏度高等优点在生产、生活和科研中应用较多。传统的非本征型光纤Fabry-Perot干涉传感器是将两段端面切平的光纤插入石英毛细管内形成中间有一段空气的i^abry-Perot干涉腔，在石英毛细管与光纤的接触部分采用环氧树脂黏合剂或熔接方式固定，但此类Fabry-Perot干涉传感器存在机械稳定性差、强度低、尺寸偏大等缺点。另外，有通过将空芯光纤熔接于两段单模光纤之间而制成的非本征型光纤Fabry-Perot干涉传感器(US 5528367A，1996. 6. 18)，由于空芯光纤较难采购，同时该类型传感器的F-P腔腔长典型值在200 μ m内，在长度上具有局限性；还有通过将空芯光子晶体光纤熔接于两段单模光纤之间而制成的非本征型光纤Fabry-Perot干涉传感器(CN 100516782C,2009. 7. 22)，由于空芯光子晶体光纤价格昂贵，同时需要镀膜以提高其干涉条纹对比度，使得该类型传感器成本造价昂贵。所以，如何制作出低成本、微型化、机械稳定好、易实用化、便于大批量生产的光纤 Fabry-Perot干涉传感器已成为企业和高校所面临的难题。

发明内容
本发明的目的在于提供一种具有低成本、微型化、机械稳定性好、易实用化、便于大批量生产等优点的内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器及其制作方法。为了达到上述目的，本发明提供了一种内嵌石英毛细管的全石英光纤 Fabry-Perot干涉传感器，该传感器包含单模光纤、石英毛细管和反射光纤。所述石英毛细管的两端分别与所述单模光纤的一端和所述反射光纤的一端通过熔接的方式连接，石英毛细管的中空部分作为内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot 干涉传感器的干涉腔，保护膜涂覆于所述单模光纤、石英毛细管和反射光纤外面。本发明采用石英毛细管，无需镀膜，降低了制作光纤Fabry-Perot干涉传感器的成本，同时可实现光纤Fabry-Perot干涉传感器反射条纹的高对比度。另外，所述石英毛细管的内径d。^ 100 μ m,如果内径d。过大，则会造成石英毛细管壁的厚度太薄，这样传感器的机械强度将会降低。所述石英毛细管的外径D。(所述单模光纤的外径Df，不至于使得传感器的体积过大，同时在进行石英毛细管与单模光纤或反射光纤熔接时使得熔接操作更加容易。所述反射光纤采用单模光纤或多模光纤。一种内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器的制作方法，其包含以下步骤
1)使用光纤切割刀分别将单模光纤、石英毛细管和反射光纤的一端切平；
2)使用光纤熔接机将所述单模光纤端面切平的一端熔接到所述石英毛细管2端面切平的一端；
3)根据需要制作光纤Fabry-Perot干涉腔的长度，将多余的所述石英毛细管切除；
4)将带有所述单模光纤的所述石英毛细管切平的另一端熔接到所述反射光纤切平的
一端；
进一步，5)在所述单模光纤、所述石英毛细管和所述反射光纤外面涂覆一层保护膜。进一步，在传感器加工到第4)步时，在反射光纤向石英毛细管切平的一端移动的过程中，利用光谱仪可以实时观测到光纤Fabry-Perot干涉腔反射谱的变化，对制作的传感器性能的好坏具有指导意义。当观测到的光纤Fabry-Perot干涉腔反射谱的对比度小于 2 dB时，则停止后续熔接操作，重新切割光纤端面和/或者重新对准光纤后熔接。本发明的有益技术效果是本发明公开的内嵌石英毛细管的全石英光纤 Fabry-Perot干涉传感器成本低、微型化程度高、对比度高、结构稳定性好、加工工艺简单， 便于大批量生产，易实用化，在光纤传感领域具有潜在的实用价值和广阔的市场。


图1为石英毛细管的外径D。等于单模光纤的裸光纤的外径Df时的内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器(外层无保护膜)的结构示意图2为石英毛细管的外径D。等于单模光纤的裸光纤的外径Df时的内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器(外层带有保护膜)的结构示意图3为石英毛细管的外径D。小于单模光纤的裸光纤的外径Df时的内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器(外层无保护膜)的结构示意图4为石英毛细管的外径D。小于单模光纤的裸光纤的外径Df时的内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器(外层带有保护膜)的结构示意图5为内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器的反射谱； 图6为内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器的波长漂移量与温度的关系图。图中，1是单模光纤，2是石英毛细管，3是反射光纤，4是干涉腔，5是单模光纤1与石英毛细管2的熔接面，6是单模光纤1与干涉腔4的交界面，7是干涉腔4与反射光纤3 的交界面，8是石英毛细管2与反射光纤3的熔接面，9是输入/输出端，10是保护膜。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本发明的内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器包含单模光纤丨、石英毛细管2和反射光纤3。单模光纤1的裸光纤外径为Df ；石英毛细管2的外径为D。，与单模光纤1的裸光纤外径Df相等，内孔直径为d。。反射光纤3采用单模光纤或多模光纤。石英毛细管2的两端分别与所述单模光纤1的一端和反射光纤3的一端通过熔接的方式连接，石英毛细管2的中空部分作为内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot 干涉传感器的干涉腔4。该传感器的制作方法如下
1)使用光纤切割刀分别将单模光纤1、石英毛细管2和反射光纤3的一端切平；要求切平端面的平面度不能太低，而且切平的端面分别垂直于各自轴向。如果端面平面度过低或端面与各自轴向的夹角偏离90°太大，将会降低反射光的强度及干涉条纹的对比度。2)使用光纤熔接机将所述单模光纤1端面切平的一端熔接到所述石英毛细管2 端面切平的一端。熔接主要包含电弧功率(Arc power)、电弧时间(Arc duration)和推进距离(Push distance)三个参数的设置，是传感器加工中重要的一步，影响熔接面5和熔接面8处的强度，同时也影响交界面6和交界面7的反射率大小。3)根据需要制作光纤Fabry-Perot干涉腔的长度，将多余的所述石英毛细管2切除。4)将带有所述单模光纤1的所述石英毛细管2切平的另一端熔接到所述反射光纤3切平的一端。该步骤熔接的重要性同步骤2。在传感器制作过程中，利用光谱仪实时观测光纤Fabry-Perot干涉腔反射谱的变化，当反射光纤到石英毛细管切平的一端达到所设置的距离时，如果此时光纤Fabry-Perot 干涉腔的反射谱过低(例如小于2 dB)，则需要对反射光纤重新切割和/或对单模光纤与石英毛细管重新对准后再熔接。如图2所示，该图为石英毛细管的外径D。等于单模光纤的裸光纤的外径Df的内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器(外层带有保护膜)的结构示意图。在图1中传感器的制作方法第4步后再加一步5)在单模光纤1、石英毛细管2和反射光纤3 外层涂覆一层保护膜10，以提高传感器机械强度。如图3所示，该图为石英毛细管2的外径D。小于单模光纤1的裸光纤的外径Df的内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器的结构示意图。如图4所示，该图为石英毛细管的外径D。小于单模光纤的裸光纤的外径 的内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器外层带有保护膜时的结构示意图。如图5所示，该图为实验测得的一内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器(干涉腔长度为412. 23 μ m)的反射谱，从图中可见其干涉条纹的对比度可达15. 7 dB，具有较高的对比度。如图6所示，该图为实验测得的一内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器(干涉腔长度为519.沈3 μ m)的波长漂移量与温度的关系图，在25 ° C 215 ° C的温度变化范围内，波长总漂移量为161 pm，对温度的灵敏度为0.8577 pm / ° C，拟合系数为0. 9976，可知本发明的内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器对温度极不敏感。在对除温度外其他物理量进行传感时，本发明的内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器具有较好的抗温度干扰特性。
本发明的工作原理光从输入/输出端9经过单模光纤1到达交界面6形成一部分反射光，另一部分透射光经过干涉腔4到达交界面7形成一部分包含石英毛细管2长度的传感反射光，该传感反射光继续经过所述干涉腔4、所述交界面6到达所述单模光纤1，并与从所述交界面6形成的一部分反射光产生干涉，最后从所述输入/输出端9输出。当外界的物理参量调制所述石英毛细管2的长度时，通过解调所述输入/输出端9输出的干涉光信号实现外界参量的传感。本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本申请发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器，其特征在于，该传感器包含单模光纤(1)、石英毛细管( 和反射光纤(3)；所述石英毛细管的两端分别与所述单模光纤(1)的一端和所述反射光纤(3)的一端通过熔接的方式连接，石英毛细管的中空部分作为内嵌石英毛细管的全石英光纤 Fabry-Perot干涉传感器的干涉腔(4)；所述石英毛细管的内径dc彡100 μπι。
2.根据权利要求1所述的内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器，其特征在于所述石英毛细管的外径D。^所述单模光纤(1)的外径Df。
3.根据权利要求1或2所述的内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器，其特征在于所述反射光纤C3)为单模光纤或多模光纤。
4.根据权利要求1或2所述的内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器，其特征在于所述单模光纤(1)、石英毛细管(2)和反射光纤(3)外面涂覆有保护膜 (10)。
5.一种内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器的制作方法，其特征在于，包含以下步骤1)分别将单模光纤(1)、石英毛细管( 和反射光纤(3)的一端切平；2)将所述单模光纤(1)端面切平的一端熔接到所述石英毛细管( 端面切平的一端；3)根据需要制作Fabry-Perot干涉腔的长度，将多余的所述石英毛细管(2)切除；4)将带有所述单模光纤(1)的所述石英毛细管( 切平的另一端熔接到所述反射光纤⑶切平的一端。
6.根据权利要求5所述的内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器的制作方法，其特征在于在制作过程中采用光谱仪实时观测光纤Fabry-Perot干涉腔反射谱的变化，当观测到的光纤Fabry-Perot干涉腔反射谱的对比度小于2 dB时，则停止后续熔接操作，重新切割光纤端面和/或者重新对准光纤后熔接。
7.根据权利要求5所述的内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器的制作方法，其特征在于在所述单模光纤(1)、所述石英毛细管( 和所述反射光纤C3)外面涂覆一层保护膜(10)。
全文摘要
本发明公开了一种内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot(法布里-珀罗)干涉传感器，该传感器包括单模光纤、石英毛细管、反射光纤和保护膜，其中反射光纤为单模光纤或多模光纤，石英毛细管的两端分别与单模光纤的一端和反射光纤的一端通过熔接的方式连接，石英毛细管的中空部分作为干涉传感器的干涉腔。本发明采用石英毛细管，无需镀膜，降低了制作光纤Fabry-Perot干涉传感器的成本，同时可实现光纤Fabry-Perot干涉传感器反射条纹的高对比度。本发明同时公开了该传感器的制作方法。本发明公开的内嵌石英毛细管的全石英光纤Fabry-Perot干涉传感器具有成本低、加工方法简单、微型化程度高、机械稳定性好、便于大批量生产的特点，易实用化，在光纤传感领域具有潜在的实用价值和广阔的市场。
文档编号G01D5/353GK102374874SQ20111027979
公开日2012年3月14日 申请日期2011年9月20日 优先权日2011年9月20日
发明者王代华, 王帅杰 申请人:重庆大学