[发明专利]一种微纳光纤纳牛量级力学传感器

说明书

本发明涉及一种微纳光纤纳牛量级力学传感器，包括单模输入传输光纤、多模光纤、单模输出传输光纤；单模输入传输光纤的输入端与宽带光源连接，其输出端与多模光纤的输入端连接，多模光纤的输出端与单模输出传输光纤的输入端连接，单模输出传输光纤的输出端与光电探测器连接；单模‑多模‑单模结构通过用熔接机将端面切平的三部分熔接在一起，然后将多模光纤部分用拉锥机进行拉锥，再将其弯曲成U型结构。先将该结构用原子力显微镜进行力的标定，再用标定后的U型结构的微纳光纤传感头接触待测样品，结合原子力显微镜力的标定，通过示波器的直流通道的电压的变化确定测量纳牛量级微小作用力的大小。本发明中的上述传感器检测精度高，成本低。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，特别是涉及一种微纳光纤纳牛量级力学传感器。

背景技术

原子力显微镜以其高分辨率、制样简单、操作易行等特点而备受关注，并已在生命科学、材料科学等领域发挥了重大作用，极大地推动了纳米科技的发展，促使人类进入了纳米时代。原子力显微镜的一种重要的测量方法是力-距离曲线，它包含了丰富的针尖-样品作用信息。在探针接近甚至压入样品表面又随后离开的过程中，测量并记录探针所受到的力，就得到针尖和样品间的力-距离曲线。根据针尖与样品材料的不同及针尖-样品距离的不同，针尖-样品作用力可以是原子间斥力、范德瓦尔斯吸引力、弹性力、粘附力、磁力和静电力以及针尖在扫描时产生的摩擦力。现有的纳牛力检测技术一般依赖于原子力显微镜，而原子力显微镜价格高昂，操作难度大且数量较少，本发明可以代替原子力显微镜实现对待测样品的纳牛力检测。众所周知，光纤成本较低，灵敏度高，而且使用方法很简单，操作容易。

发明内容

本发明的目的是提供一种微纳光纤纳牛量级力学传感器，提高检测精度，降低成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种微纳光纤纳牛量级力学传感器，所述传感器包括：

单模输入传输光纤、多模光纤以及单模输出传输光纤；

所述单模输入传输光纤的输入端与宽带光源连接，所述单模输入传输光纤的输出端与所述多模光纤的输入端连接，所述多模光纤的输出端与所述单模输出传输光纤的输入端连接，所述单模输出传输光纤的输出端与光电探测器连接。

可选的，所述单模输入传输光纤、所述多模光纤以及所述单模输出传输光纤之间通过熔接机进行熔接。

可选的，所述多模光纤具体包括：第一未拉锥多模区、第一多模锥形过渡区、锥形腰椎区、第二多模锥形过渡区以及第二未拉锥多模区；

所述第一未拉锥多模区、所述第一多模锥形过渡区、所述锥形腰椎区、所述第二多模锥形过渡区以及所述第二未拉锥多模区依次连接。

可选的，所述多模光纤的长度为3-50mm。

可选的，所述第一多模锥形过渡区的输入端的直径大于所述第一多模锥形过渡区的输出端的直径，所述第二多模锥形过渡区的输入端的直径小于所述第二多模锥形过渡区输出端的直径。

可选的，所述多模光纤的直径为0.5-20μm。

可选的，所述多模光纤为U形。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的基于单模-拉锥多模-单模U型结构的微纳光纤纳牛量级力学传感器通过拉锥机对多模光纤部分进行熔融拉锥，根据拉锥多模光纤对弯曲极其敏感的特性，将其弯曲成U型并用于纳牛量级微小作用力的测量，而且该光纤传感器具有结构简单、精确度极高的优点。

附图说明