[发明专利]光纤微气腔光声池及制备方法和溶解气体检测方法

权利要求书

1.一种光纤微气腔光声池，其特征在于，所述光声池包括传输光纤、石英毛细管和微气腔，所述传输光纤与石英毛细管熔接形成光纤-毛细管微结构，所述光纤-毛细管微结构的端面镀有光吸收材料，所述传输光纤与石英毛细管浸入液体中，所述微气腔位于石英毛细管内，所述微气腔构成法布里-珀罗腔；所述传输光纤的端面与液体的界面以及所述微气腔与液体的界面分别为法布里-珀罗腔的两个反射面；

所述微气腔在浓度梯度作用下分离液体中的溶解气体，起到渗透膜的作用；同时为气体吸收泵浦光产生光声信号提供场所；所述微气腔构成的法布里-珀罗腔，通过光学干涉方法检测微气腔的气-液界面形变，拾取光声信号。

2.根据权利要求1所述的光纤微气腔光声池，其特征在于，所述传输光纤与石英毛细管以激光加热方式熔接形成光纤-毛细管微结构，其中，加热光的光源为连续或脉冲调制光，波长范围包括可见到红外光波段；所述微气腔通过加热汽化液体形成。

3.根据权利要求1所述的光纤微气腔光声池，其特征在于，所述传输光纤为单模光纤或多模光纤；所述石英毛细管的外径50-250μm，孔径为5-100μm，长度为10-200μm。

4.根据权利要求1所述的光纤微气腔光声池，其特征在于，所述光吸收材料为石墨烯、碳纳米管、金薄膜、银薄膜和纳米颗粒中一种，所述光吸收材料根据材料特性不同通过蒸镀、溅射或者端面涂覆方法与传输光纤的端面结合。

5.根据权利要求1所述的光纤微气腔光声池，其特征在于，所述液体采用水溶液，油或者生物组织液。

6.根据权利要求1所述的光纤微气腔光声池，其特征在于，所述微气腔的长度范围为10-200μm，通过控制石英毛细管的长度与加热光光源的功率、时间进行调节。

7.一种光纤微气腔光声池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

通过光纤切割刀在传输光纤一端制作光滑平整的端面；

通过光纤熔接机，在传输光纤的端面熔接一段石英毛细管；在显微镜观察下，通过高精度位移平台调节切割刀与熔接点位置，控制单模光纤侧切割后石英毛细管的长度，形成光纤-毛细管微结构；

在上述光纤-毛细管微结构端面上镀一层光吸收材料，然后将镀有金膜的光纤-毛细管微结构浸入液体中；

石英毛细管内空气被液体包围形成初始微气腔，加热光经可调谐光衰减器后，经波分复用器耦合至上述浸入液体中的光纤-毛细管微结构端面，修饰有光吸收材料的光纤端面吸收加热光后升温，汽化周围液体并引起微气腔增长；

注入另一束宽带光，经环形器与波分复用器耦合进入微气腔，经微气腔两个界面反射回的反射，经波分复用器、环形器后，耦合到光谱仪，光谱仪测量反射光干涉谱，并根据反射谱偏移量调谐光衰减器，控制加热光的功率调节微气腔至设定值并使微气腔保持稳定。

其中，微气腔的两个界面分别为传输光纤的端面与微气腔界面、微气腔与液体界面。

8.根据权利要求7所述的光纤微气腔光声池的制备方法，其特征在于，通过干涉谱得到光谱上峰值所对应的波长信息，即可获得微气腔式的腔长信息，微气腔的腔长与干涉谱之间的关系式为：其中，L表示微气腔的腔长，λ_m、λ_m-1分别表示光谱相邻的两个峰值的波长，n为空气折射率；调节可调谐光衰减器控制加热光功率可引起腔长的变化，同时也会引起干涉谱的变化。