[发明专利]一种基于法布里珀罗腔的微型化高温传感器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种基于法布里珀罗腔的微型化高温传感器及其制备方法。所述传感器包括耐高温传输光纤、耦合介质、以及耐高温传感光纤；耐高温传输光纤、耦合介质以及耐高温传感光纤轴向对准连接，其中耐高温传输光纤与耦合介质的对准连接面与中心轴呈交角，耦合介质与耐高温光纤的对准连接面与中心轴垂直。方法包括(1)将耐高温传输光纤加热至耦合介质的熔融温度，与耦合介质对准压紧至交叠；(2)将耐高温传感光纤加热至耦合介质的熔融温度，与耦合介质对准压紧至交叠；(3)将交叠的高温传输光纤、耦合介质、以及耐高温传感光纤冷却固定。本发明结构紧凑、体积小，采用无胶工艺、组装方便，制作成本低，性能稳定可靠。

技术领域

本发明属于极端环境应用的光纤传感器领域，更具体地，涉及一种基于法布里珀罗腔的微型化高温传感器及其制作方法。

背景技术

在高温测量领域，光学测量方法与技术是重要研究方向。其中基于光纤的高温传感器主要包括以下几种：1)基于黑体辐射腔的蓝宝石高温光纤传感器，其采用强度解调原理，温度测试精度差、器件高温稳定性不足，高温下黑体腔材料与光纤材料的线膨胀系数失配，易导致炸裂破损；2)基于光纤光栅结构的蓝宝石或红宝石高温光纤传感器，因制备该类光栅的设备平台成本高昂、制备难度大，且工艺稳定性和重复性差，导致该类传感器的成本高，暂未得到市场普遍应用；3)基于法布里珀罗腔原理的高温传感器，其采用相位解调原理，测量精度和灵敏性高，而且该类传感器组装简单、易于实现，研制成本相对较低。

然而，基于法布里珀罗腔原理的高温传感器为了形成法布里珀罗腔，一般需要将多个光学部件采用胶水粘结，例如美国弗吉尼亚理工大学光电子研究中心的Yizheng Zhu于2005年提出并制作了一种基于蓝宝石晶片的法珀高温传感器。其端面与蓝宝石晶片之间呈平行关系，容易发生干涉，影响晶片本身干涉信号的质量。且该结构的传感器在制作时，毛细现象导致高温胶很容易渗入到蓝宝石光纤的端头，污染光纤端头和蓝宝石晶片，传感器成品率低。又如，武汉理工大学的周次明于2016年提出一种新固定结构(中国专利CN106066215 A)，蓝宝石光纤端面设置斜角防止光纤端面与蓝宝石晶片间发生干涉；通过耐高温插芯和耐高温套筒结构来校准蓝宝石光纤，并通过高温胶进行结构固定。该类传感器结构复杂、可靠性低、尺寸较大，不同结构件的材料热膨胀系数差异大，采用高温胶封装工艺，如长期在高温环境中应用，其稳定性差、失效风险高。

总体而言，目前基于法布里珀罗腔原理的高温传感器必须采用高温胶封装，稳定性不好，耐受温度受到高温胶的限制。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于法布里珀罗腔的微型化高温传感器及其制作方法，其目的在于实现无胶工艺组装一种结构紧凑、体积小的微型化高温光纤传感器，由此解决耐高温光纤传感器制作成本高、稳定性及批量一致性差的技术问题，本技术方案制作成本低，适用于自动化制造生产线来进行流水线批量生产传感器产品。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于法布里珀罗腔的微型化高温传感器，包括耐高温传输光纤、耦合介质、以及耐高温传感光纤；

所述耐高温传输光纤、耦合介质以及耐高温传感光纤轴向对准连接，其中所述耐高温传输光纤与所述耦合介质的对准连接面与中心轴呈交角，所述耦合介质与所述耐高温光纤的对准连接面与中心轴垂直；

所述耐高温传输光纤，用于将光源输出的光信号传输到耦合介质中；

所述耦合介质，用于形成法布里珀罗腔入射光，其折射率n₂满足1≤n₂≤2，其光透过率≥80％；

所述耐高温传感光纤，其两端平行，用于形成法布里珀罗腔。

所述耐高温传输光纤的熔点高于所述耦合介质的熔点；

所述耐高温传感光纤的熔点高于所述耦合介质的熔点。