[发明专利]一种制备微纳光纤传感器的系统及方法

说明书

本发明公开了一种制备微纳光纤传感器的系统及方法，系统包含激光光源、基座、第一固定支架、第二固定支架、氢氟酸滴管、滑台、丝杠、步进电机、光功率计、光学显微镜、控制模块和显示模块。工作时，首先对待腐蚀光纤进行预处理，然后固定待腐蚀光纤，使用滴管向滑台表面滴入氢氟酸溶液腐蚀光纤，通过计算机上光学显微镜实时观察光纤表面腐蚀情况及测量直径，实时调整氢氟酸用量以控制腐蚀深度，调整滑台移动以控制光纤腐蚀区域；最后将腐蚀后的微纳光纤浸泡后取出风干。本发明装置简单、精度高、成本低、抗干扰性好、可重复性高，可以广泛应用于微纳光纤的制备。

技术领域

本发明涉及光纤传感器技术领域，尤其涉及一种制备微纳光纤传感器的系统及方法。

背景技术

微纳光纤是指直径在微纳米米量级的光纤，具有大比例倏逝场。微纳光纤主要应用于光学传感领域，具有抗电磁干扰、体积小、高灵敏度、稳定性好等优点，具有良好的应用前景。现有的微纳光纤制备方法以熔融拉锥法和化学腐蚀法为主，熔融拉锥法利用二氧化硅的热熔性，使用加热装置对光纤中间某一区域进行加热，同时在两端施加外力拉伸，光纤在加热区域处逐渐变细变长，直至制得微纳光纤。但是熔融拉锥法难以制备具有一定长度且直径均匀的光纤。

化学腐蚀法的原理是利用氢氟酸与二氧化硅之间的化学反应将光纤二氧化硅材质的纤芯逐层腐蚀，直至得到微纳光纤。化学反应式为：SiO2(s)+4HF(aq) → SiF4(g)+2H2O。化学腐蚀法具有设备装置简单、便于操作和适合批量生产等优点。但是氢氟酸腐蚀过程中会导致光纤不同区域的腐蚀深度不同以及光纤表面光滑度的下降，引起较大的光学损耗。目前，使用化学腐蚀法制备微纳光纤的技术仍是以制备光纤探针为主，缺乏制备具有一定长度且能够精确控制腐蚀过程从而得到直径均匀的微纳光纤的方法。因此，针对腐蚀过程中光纤不同区域腐蚀深度不同和光纤表面光滑度下降进行改进非常重要。

经检索发现，中国专利申请号为：201210132661.0，名称为：化学腐蚀法制备低损耗微纳光纤光栅传感器的方法和装置，该方案包括一个宽带光源、光纤环形器、3-dB 光纤耦合器、光谱仪、光功率计、步进电机、写有布拉格光栅的光纤和盛有腐蚀溶液的聚四氟乙烯容器，该发明通过自动控制技术控制腐蚀写有布拉格光栅的光纤的速度来制备传感器。该技术说明了微纳光纤在传感领域的应用能力，但并未考虑腐蚀过程中产生的表面不均匀问题，以及腐蚀过程难以观察光纤表面腐蚀深度等并实时调整控制。该方法难以对腐蚀过程精确控制，因而难以制得表面光滑度较好的微纳光纤，限制了微纳光纤传感器的实际应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种制备微纳光纤传感器的系统及方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种制备微纳光纤传感器的系统，包含激光光源、基座、第一固定支架、第二固定支架、氢氟酸滴管、滑台、丝杠、步进电机、光功率计、光学显微镜、控制模块和显示模块；

所述第一固定支架、第二固定支架平行设置在所述基座上，用于固定住待腐蚀光纤的两端、使其呈水平拉直状；

所述激光光源的输出端和待腐蚀光纤的一端相连，光功率计和待腐蚀光纤的另一端相连，其中，激光光源用于发出激光使其在待腐蚀光纤中传播，光功率计用于测量经待腐蚀光纤传播后激光的光功率，激光光源和光功率计相配合以确保待腐蚀光纤在腐蚀中和腐蚀后的光传播性能良好；

所述基座在第一固定支架、第二固定支架之间设有滑槽，滑槽中设有滑块，且所述滑台的下端面和滑块固连，使得所述滑台能够沿所述滑槽自由滑动；

所述滑台的上端面上设有防腐蚀层、且滑台上端面和待腐蚀光纤之间的距离为预设的距离阈值；

所述滑台上设有和所述丝杠相配合的螺纹孔，所述丝杠通过所述螺纹孔穿过滑台、和所述滑槽平行设置，丝杠的两端分别通过轴承座和所述第一固定支架、第二固定支架相连；