[发明专利]一种基于微纳光纤卷型谐振器的盐度和折射率传感器制作方法

说明书

一种基于微纳光纤卷型谐振器的盐度和折射率传感器制作方法，属于传感器技术领域。本发明包括以下步骤：利用电偶加热器，将单模光纤加热至熔融状态并拉制成微纳光纤；选取2cm左右的支撑棒，将其表面均匀包裹低折射率聚合物并固化；将其放到旋转控制器上并固定，通过控制微位移平台，将制作的微纳光纤均匀缠绕在支撑棒上；外部再涂上一层同规格的低折射率聚合物并固化；将其取下，放置到已经涂满同规格低折射率聚合物并固化的载玻片上，将两侧光纤利用同规格低折射率聚合物固定；放入丙酮溶液中12小时，使支撑棒内部溶解，只剩余低折射率聚合物部分。本发明制作的传感器机械稳定性强，高Q值，灵敏度高，同时测量盐度和折射率灵敏度，应用广泛。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种基于微纳光纤卷型谐振器的盐度和折射率传感器制作方法。

背景技术

在当代社会，对于环境中各种物理量、化学量的现场监测，越来越受到人们的重视。例如对水体盐度的精确检测，在海洋渔业及其他水产养殖业、自然环境的检测与治理、海洋学和地球气候的研究及预测、矿产的探测、工业生产以及军事应用等方面，都具有十分重要的意义。在现有的各种盐度测量方法中，比较成熟的有折射率法、电导率法以及表面等离子共振法。这些方法应用范围广，经过多年的发展，具有响应时间短、测量精度高、信号易于处理和控制等优点。但是，这些方法也存在着长期稳定性和互换性差的缺点，且表面等离子共振法的测量系统结构复杂、成本费用较高。今年来，光纤传感技术快速发展，与传统的电传感技术相比，在很多方面都有不可替代的优势，例如光纤传感器的体积小巧、制作成本低、传感器件能够耐腐蚀、传感测量时能够抗电磁干扰、可以长距离分布式测量等等。因此在现代生产的很多方面，光纤传感器都占有了一席之地。

在物理学、化学、生物医学、环境科学等学科领域中，折射率是反应物体本质信息的一个重要参数。折射率与液体的浓度、温度、热力系数等参量有着密切的联系。随着社会进步、科技的发展，在实验研究和生产活动中，折射率传感器扮演的角色越来越重要。因为光纤具备频带宽、损耗低、抗电磁干扰、电绝缘、抗高温耐压、耐腐蚀、成本低廉等众多优点，光纤传感器的迅速发展，使得光纤液体折射率传感器也得到了大量的关注和研究。到目前为止，已经发展出基于光纤迈克尔逊干涉仪、马赫曾德尔干涉仪、光纤布拉格光栅(FBG)、长周期光纤光栅(LPG)、Fabry-Perot干涉仪、光子晶体光纤(PCF)、表面等离子共振(SPR)等多种类型的光纤折射率传感器。其中，FBG、LPG折射率传感器的制作需要对光纤进行微加工，用到的仪器较为昂贵、操作步骤繁琐复杂，而且LPG折射率传感器收到光谱宽度的影响，测量精度有限。Fabry-Perot光纤折射率传感器测量的稳定性不足、折射率灵敏度较低。PCF液体折射率传感器中光子晶体光纤表面张力和分子间的相互作用力较强，使得待测液体分子进入光子晶体光纤空洞内，难以清洁，而光子晶体光纤的价格较高，重复利用率低，使得成本提升。SPR光纤折射率传感器虽然测量精度高，但是制作SPR需要使用磁控溅射镀膜机等昂贵的仪器设备，且制作工艺复杂。

微纳光纤，是指将普通光纤拉抻至微米尺寸甚至纳米尺寸的一种光波导结构。微纳光纤在实现传统光波导功能外，还表现出许多不同于普通光纤的特性。第一，微纳光纤可以实现低损耗的光传输，输入输出端保持原有的光纤的尺寸和单模光纤自然相连接，能够和多种光电子器件连接使用，具有较低的连接损耗，插入损耗低于0.1dB；第二，微纳光纤直径减小至接近或小于传输光波长时，会有一定比例的光场以倏势场的形式在光纤外部传输，这部分倏势场可以和微纳光纤表面及附近的介质发生强耦合作用，实现高灵敏度的传感；第三，微纳光纤具有极好的柔韧性和较强的机械强度，弯曲损耗较小；第四，微纳光纤对光场的约束能力较强，具有较小的模场直径，这使得微纳光纤可以产生较强的非线性效应；第五，微纳光纤传导模中在光纤外部传输的倏势场，可以有效的捕获微纳光纤表面或附近的原子。而其中由于维纳光钎大比例倏势场的光学特性使其与周围环境相互作用，可以实现结构紧凑高灵敏的传感器。