[发明专利]基于梅花型光纤的MEMS多光束干涉腔及其制作方法

说明书

本发明涉及一种基于梅花型光纤的MEMS多光束干涉腔及其制作方法，包括梅花型光纤、引导孔、支撑框架、孔肩、干涉腔本体、敏感膜片、第一反射层和第二反射层；所述梅花型光纤包括中心光纤和环绕光纤；所述梅花型光纤固接在引导孔中并与第二反射层相连接，所述的中心光纤与第一反射层中心对准，所述的环绕光纤与第二反射层相连接，所述第二反射层设在引导孔底部和干涉腔本体构成的孔肩上，所述干涉腔本体设在引导孔的底部且与引导孔的中心同轴，所述敏感膜片制作在干涉腔本体的底部并与支撑框架连接，所述第一反射层设在敏感膜片上。与现有技术相比，本发明具有工艺流程少、加工难度低、结构设计灵活、制作成本低等优点。

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，尤其是涉及一种基于梅花型光纤的MEMS多光束干涉腔及其制作方法。

背景技术

随着工业4.0概念的提出，工业生产正逐步向智能化、信息化迈进，传感器技术也面临着微型化、智能化、稳定性以及灵敏度等各方面的挑战。基于光纤干涉腔的传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰、传输距离远等优点，受到国内外传感领域的极大关注，相关研究众多。微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)是在半导体工艺基础上发展起来的电子机械器件，具有微型化、集成化、多功能化、智能化等特点，其工艺融合了光刻、腐蚀、薄膜沉积、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术，在高新技术产业领域具有广泛的应用。基于MEMS 工艺的光纤干涉腔具有结构设计多样、敏感膜片材料选择范围广、干涉灵敏度高等独特优势，被广泛的应用于温度、压力、声波、浓度等物理化学量的检测中，已经成为智能传感领域的研究热点。

2009年，管锡乐等人(光纤动态应变传感技术研究[D].电子科技大学,2009.) 提出了一种由两块端面镀有高反射膜并相互严格平行的光学平板组成的珐珀干涉腔，其利用真空镀膜技术在打孔的石英光纤端面和切割打磨后的石英端面上分别镀约0.3μm厚的金属铬(Cr)作为反射薄膜，力求达到最大反射率，提高珐珀腔的干涉品质，但这种增加干涉腔反射率的方法工艺繁琐，难以保证加工一致性，灵活性比较差。2010年，孙东等人提出了一种使用157nm波长激光制造的微型光纤珐珀腔(光子学报,2010,39(07):1239-1242)，其利用157nm激光器制造的微通道将所测介质导入位于单模光纤顶端的珐珀腔，为增加珐珀腔的对比度，它同样采用了在珐珀腔的反射面镀高反膜的方法，但这种方法在此加工中工艺难度更大，操作更加复杂。2012年，Akkaya O.C.等人提出了一种用于声波检测的光纤珐珀干涉腔(J. Microelectromech.S.,2012,21(6):1347-1356)，它通过在硅膜上刻蚀光子晶体的方法来增加硅表面的反射率，提高珐珀腔的干涉品质，虽然这种设计可减少在硅表面镀膜的工艺，但制备的整体工艺流程较为复杂，工艺难度大，成本高，同时传感器的装配也较为繁琐。

总之，相关研究在构建光纤干涉腔时，都是通过在干涉腔的两反射面上沉积增反膜来提高干涉腔的干涉品质，其制备流程都较为复杂繁琐、且成本高、工艺难度也相对较大。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于梅花型光纤的MEMS多光束干涉腔及其制作方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于梅花型光纤的MEMS多光束干涉腔，包括梅花型光纤、引导孔、支撑框架、孔肩、干涉腔本体、敏感膜片、第一反射层和第二反射层；所述梅花型光纤包括中心光纤和环绕光纤；

所述梅花型光纤固接在引导孔中并与第二反射层相连接，所述的中心光纤与第一反射层中心对准，所述的环绕光纤与第二反射层相连接，所述第二反射层设在引导孔底部和干涉腔本体构成的孔肩上，所述干涉腔本体设在引导孔的底部且与引导孔的中心同轴，所述敏感膜片制作在干涉腔本体的底部并与支撑框架连接，所述第一反射层设在敏感膜片上。

优选地，所述敏感膜片与梅花型光纤端面之间的距离通过干涉腔本体的长度控制。