[发明专利]一种基于聚合物微帽的光纤温度传感探头及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于聚合物微帽的光纤温度传感探头，单模光纤端部聚合物微帽体中形成空化气泡，高效构建气体‑聚合物连级微腔结构，从而实现传感结构体积小巧，便于集成和深入狭小区域进行测量；在温度探测中，传感结构光谱具有明显的主峰，波长解调范围显著增加，并且在实际应用中便于特征峰的识别和解调。本发明还提出上述基于聚合物微帽的光纤温度传感探头的制备方法。

技术领域

本发明涉及基于聚合物微帽的光纤温度传感探头技术领域，尤其涉及一种基于聚合物微帽的光纤温度传感探头及其制备方法。

背景技术

光纤温度传感器在工业、环境监测和生物工程等领域的应用中广受好评并成为不可或缺的温度探测感知工具。其中，基于法布里-泊罗干涉仪的光纤传感器由于其体积小、易于集成和灵敏度高等优点受到广泛关注。但是基于单个法布里泊罗干涉仪传感结构的光谱显示出周期性的干涉图样。因此，光谱偏移的波长值需要小于自由光谱范围以避免相邻干涉峰之间的混淆，这限制了传感器的波长解调范围。

通过引入级联法布里泊罗干涉腔，能够产生具有明显主峰的干涉光谱，以提高传感器的波长解调范围，例如专利CN 209945376 U中，在单模光纤内利用飞秒激光诱导纤芯折射率变化制备出基于级联法布里-珀罗干涉仪的光纤传感器，该传感器的光谱具有明显的干涉主峰，波长解调范围增加到50nm。但是由于飞秒激光加工区的折射率变化很小，因而产生的反射面反射率较低，这使得传感器的光谱质量较差，进而影响传感器的性能。除此之外，整个传感结构都是全光纤结构，光纤的热膨胀系数较低，限制了传感器的温度探测灵敏度。

近些年来，将聚合物材料引入到光纤结构，能够有效提高光纤传感器的温度探测灵敏度，例如专利CN 109655176 A。目前构建基于聚合物级联腔结构的光纤传感器一般采用填充液体法。填充液体法是将液体通过毛吸或者加压填充到光子晶体光纤或空心光纤中，但是这种制备方法都不能精确控制腔长，制备耗时，重复性差，且制备出的光纤探头尺寸较大。

发明内容

为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种基于聚合物微帽的光纤温度传感探头及其制备方法。

本发明提出的一种基于聚合物微帽的光纤温度传感探头，包括：单模光纤、聚合物微帽体；

单模光纤内部设有纤芯，聚合物微帽体位于单模光纤一端，聚合物微帽体靠近单模光纤一端设有与纤芯对应的空化气泡。

优选地，聚合物微帽体围绕纤芯中轴线旋转对称。

优选地，聚合物微帽体具有半球形结构。

优选地，聚合物微帽体外壁与单模光纤外壁平滑过渡。

优选地，单模光纤外径为125-140μm，聚合物微帽体的高度为50-80μm，空化气泡的直径为18-25μm。

本发明中，所提出的基于聚合物微帽的光纤温度传感探头，单模光纤端部聚合物微帽体中形成空化气泡，高效构建气体-聚合物连级微腔结构，从而实现传感结构体积小巧，便于集成和深入狭小区域进行测量；在温度探测中，传感结构光谱具有明显的主峰，波长解调范围显著增加，并且在实际应用中便于特征峰的识别和解调。

本发明还提出一种基于聚合物微帽的光纤温度传感探头的制备方法，包括下列步骤：

在基底表面滴紫外固化胶，将单模光纤一端插入到聚合物液滴中，并向远离聚合物液滴的方向提拉，沿单模光纤端面形成聚合物凸起；

通过脉冲激光诱导聚合物凸起产生空化气泡，同时通过紫外激光照射聚合物凸起固化形成聚合物微帽体。

优选地，单模光纤竖直向下，使其下端插入到聚合物液滴中，并向上提拉。

优选地，所述紫外固化胶的型号所述紫外固化胶的型号为诺兰公司生产的Norland Optical Adhesive NOA63。