[发明专利]一种光纤端面微悬臂梁传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种光纤端面微悬臂梁传感器及其制备方法，光纤端面微悬臂梁传感器包括：光纤；悬臂梁结构，通过飞秒激光双光子聚合技术聚合在所述光纤的一端面；所述悬臂梁结构为聚合物结构，悬臂梁结构包括支柱和微悬臂梁；微悬臂梁与光纤的端面平行。本发明通过飞秒激光双光子聚合技术制备的光学端面微悬臂梁为聚合物材料，弹性比硅基材料大，可以极大地增大探测灵敏度；制备方法属于增材制造，实现光纤与悬臂梁的一体化，结构紧凑；对光纤本身不造成任何损伤或破坏；同时节省了加工时间，使制造方式更具灵活性。本发明提出的用飞秒激光双光子聚合技术固化出的光纤端面微悬臂梁具有小尺寸、高弹性的特点，其可应用于多领域。

技术领域

本发明涉及的是一种光纤端面微悬臂梁传感器及其制备方法，属于传感器技术领域。

背景技术

光纤式传感器能具有灵敏度高、精度高、抗干扰能力强、动态响应范围大、耐高压、耐腐蚀等突出优点。

现有的光纤式传感器，一般通过以下方法制作而成：

飞秒激光烧蚀，采用飞秒激光超短脉冲对光纤端面直接进行减材制造，当激光脉冲入射时，光纤材料吸收光子所产生的能量将在仅有几个纳米厚度的吸收层迅速积聚，在瞬间内生成的电子温度值将远远高于材料的熔点，光纤指定区域最终到达高密度、超热、高压的等离子体状态，实现对光纤的非热熔性烧蚀。经此种方法制作的氢气传感器，悬臂梁结构是由光纤本身材料形成，刚度较大，不利于悬臂梁形变；另外，此方法的工作量大，加工后的结构表面粗糙，使得传感器的分辨率较低。

聚焦离子束铣削，采用由离子源发射的经过加速聚焦后的离子束作为入射束，光纤材料在高能量的离子与光纤表面原子碰撞的过程中被溅射剥离，从而实现对光纤端面指定区域的减材制造。经此种方法制作的氢气传感器，悬臂梁结构也是由光纤本身材料形成，刚度较大，不利于悬臂梁形变；且该制作方法的耗时长，效率低下。

硅悬臂梁粘黏法，利用紫外固化胶在光纤端面直接粘黏商用硅悬臂梁，或将硅悬臂梁粘黏到封装管端面，再对光纤进行封装，这种粘黏的制作方法需要高精度微操作手，且易脱落，悬臂梁平直度难以控制，硅基材料刚度较大，不利于悬臂梁形变。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本发明提出一种光纤端面微悬臂梁传感器的制备方法,所述制备方法包括以下步骤：

步骤S1、将光纤的一端切平，将光纤平放固定在载玻片上，在光纤两侧的载波片上设置支撑部以防止盖玻片挤压光纤，对光纤端面进行光刻胶滴入，使光纤端面浸没在光刻胶中，盖上盖玻片；

步骤S2、利用3D光刻机，采用飞秒激光双光子聚合技术在光纤的端面形成聚合物悬臂梁结构，得到具有悬臂梁结构的光纤样品；

步骤S3、进行显影：固化完成后取下盖玻片，将样品连带载玻片浸入在显影溶液中，未曝光的光刻胶在溶液中被溶解，固化后的聚合物悬臂梁结构被保留；

所述悬臂梁结构包括支柱和微悬臂梁，所述支柱的第一端与光纤端面的包层结合；所述微悬臂梁与光纤的端面平行；所述微悬臂梁的一端固定在支柱的第二端，所述微悬臂梁的另一端悬空在纤芯上方形成悬臂。

进一步的，所述步骤S2中“采用飞秒激光双光子聚合技术在光纤的端面形成聚合物悬臂梁结构”的步骤包括：将样品固定在三维精密位移平台上；通过电脑控制三维精密位移平台在X、Y、Z三个方向的移动，使飞秒激光光束经过加工光路系统后对光刻胶进行写入。

进一步的，所述“飞秒激光光束经过加工光路系统后对光刻胶进行写入”的步骤包括：

飞秒激光光束通过扩束器扩束后，通过衰减器及功率计；经反射镜后，光束中的近红外波段光束经双色镜反射进入物镜后聚焦到胶水内部进行加工，光束中的可见光部分透过双色镜后再通过滤波片进入CCD成像。