[发明专利]一种光纤传感器的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种光纤传感器的制作方法。

背景技术

采用Fabry-Perot腔干涉仪原理的全石英光纤压力传感器由氧化硅组成，耐热冲击，耐腐蚀，可在苛刻的环境下工作。其中，微型化全石英光纤压力传感器的外形尺寸与其连接的光纤外径相同。如果使用普通光纤通信用石英光纤，外径只有125微米。微型化的可用于一些特殊场合，如在心血管堵塞的诊断中可将该光纤压力传感器放入心血管中，直接测量心血管内各处的动态血压，用以判断堵塞的位置和严重程度。也可将该压力传感器与火花塞集成起来，测量内燃机的动态压力变化以优化发动机的工作参数，提高效率，降低排放。

现有的制作方法主要以基于熔融石英光纤的熔接和解理操作为主。其基本制作过程如下：首先，将单模石英光纤与一段多模石英光纤焊接在一起，在多模光纤和单模光纤连接处附近将多模光纤解理。由于在一定条件下，多模光纤的包层的腐蚀速率远小于芯的腐蚀速率，可以将多模光纤的芯腐蚀而保留包层部分。经过腐蚀后的光纤与另外一段光纤焊接起来，并在焊接处附近将最后一段光纤解理。经过解理后的最后一段光纤将作为对压力敏感的薄膜。这种制作方法制作的薄膜的形状好大小很大程度上依赖光纤熔接和解理。由于熔接后最后一段光纤的表面的平整度不可避免的会受到影响，而且解理后的表面也并不完美。解理的位置也不能精确控制。因此，这种方法的制作的薄膜的厚度较厚，重复性很差，不适合用于高灵敏度的应用和批量生产。

针对降低薄膜厚度和提高薄膜质量，一些基于此方法的改进方法被提出来。首先，在解理后，用含有氢氟酸的腐蚀继续腐蚀制作好的薄膜可进一步降低薄膜的厚度。但由于薄膜的初始状况并不是很好，后续的腐蚀过程虽然可以进一步减小薄膜的厚度，但最小的薄膜厚度仍然不能满足高灵敏度的应用。另外一种改进方法是在腐蚀之前，先用传统的抛光方法将薄膜的外表面抛平，然后在进行氢氟酸腐蚀，并且采用一套在线监测的系统实施监测薄膜的厚度。这种方法可以制作的薄膜的厚度可以小到2微米。然而，这种制作方法过程复杂，重复性差，成本高。

为提高薄膜的均匀性和降低薄膜的厚度，氧化硅薄膜和腐蚀后的光纤直接高温键合的方法被提出。由于薄膜是由抛光后的硅片热氧化后去除硅后制得，其材料的均匀性和厚度的均匀性远好于前面的制作方法。因此该方法具有很好的重复性。制作的传感器薄膜均匀，并且薄膜厚度可小于1微米。随着薄膜厚度的减低，由于薄膜与其他物体接触导致薄膜破损的几率也大大增加。

另外，在光纤传感器的制作过程中，光纤的塑料保护层需要剥除以实现光纤的熔接，解理和高温键合。而无塑料保护层的光纤十分脆弱，易断。因此在传感器制作完成后需要施加保护。但由于塑料保护层的制作不能影响薄膜，即薄膜上不应有污染，因此该保护措施实施较困难。

有鉴于此，提供一种全氧化硅光纤压力/声音传感器的制作方法成为必要。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种全氧化硅光纤压力/声音传感器的制作方法，使用该方法制作的光纤传感器具有尺寸同光纤直径一致，薄膜均匀，重复性好，薄膜保护机构及涂覆保护层提高了光纤传感器的可操作性，且不影响传感器的性能。

为了实现上述目的，本发明提供的一种光纤传感器的制作方法，其包括如下步骤：S1：准备材料，包括氧化硅薄膜、一端具有腔体的石英玻璃光纤和石英玻璃毛细管；S2：将所述氧化硅薄膜放置在所述石英玻璃毛细管和所述石英玻璃光纤具有所述腔体的端面之间，对所述氧化硅薄膜、所述石英玻璃毛细管和所述石英玻璃光纤相接处局部加热，使上述氧化硅薄膜、石英玻璃毛细管和石英玻璃光纤键合在一起；S3：去除多余的氧化硅薄膜；S4：将裸露的石英玻璃毛细管和石英玻璃光纤外表面涂敷保护层；S5：将石英玻璃毛细管在键合处附近切断；S6：完成光纤传感器的制作。

进一步地，步骤S1中准备的氧化硅薄膜的制作方法如下：S111：将双面抛光的硅表面淀积一层氧化硅薄膜；S112：通过光刻和腐蚀去除上述硅一面的部分氧化硅；S113：通过腐蚀，去除掉未受氧化硅保护的硅；S114：得到硅片框架支撑的氧化硅薄膜。

进一步地，步骤S1中准备的石英玻璃毛细管的制作方法如下：S121：将石英玻璃毛细管去除聚合物保护层；S122：解理该石英玻璃毛细管；S123：得到平整端面的石英玻璃毛细管。

进一步地，步骤S1中准备的石英玻璃光纤的制作方法如下：S131：将普通单模石英玻璃光纤与石英玻璃毛细管熔接；S132：完成熔接后，在熔接处附近解理石英玻璃毛细管，并剩余一小段石英玻璃毛细管；S133：得到一端具有腔体的石英玻璃光纤。