[发明专利]一种利用飞秒激光制备的蓝宝石F-P光纤温度传感器

说明书

本发明提出了一种采用飞秒激光制作蓝宝石法布里珀罗光纤温度传感器的方法。利用飞秒激光作为刻写光源，在蓝宝石光纤中刻制出F‑P微结构，并且经过溶胶涂敷，形成蓝宝石包层，形成高灵敏度、耐高温的蓝宝石F‑P高温传感器。采用飞秒激光制备的蓝宝石光纤F‑P传感器，制作简单，应用广泛，对今后的高温测量领域有重要的意义。

技术领域

本发明属于光纤传感领域领域，特别涉及一种利用飞秒激光制备的蓝宝石F-P光纤温度传感器。

背景技术

在应对超高温度的测量中，由于普通传感器的耐温特性较差，并且灵敏度在复杂、超高温环境下表现较差，因而影响了并且制约了例如航天和油井对于超高温度的测量。利用蓝宝石光纤制作的高温传感器应运而生，受到人们重视。与传统光纤器件相比，蓝宝石光纤由于其本生具有的特性熔点高，并且红外波段信号传输效率高，而被大量使用在光纤测量领域中。但是，传统刻制的光纤光栅在高温下容易被擦除，失去其高温测量效果，因此本文提出了一种利用飞秒激光在蓝宝石光纤内制作 F-P结构的高温传感器制作方法。法布里-珀罗(F-P)光学传感器是一种典型的光学传感器结构，适用于在剧烈振动、易燃易爆、强磁干扰、高温高压等恶劣条件下测量温度。

F-P器具全称为法布里-珀罗谐振腔(Fabry–Pérot cavity)，又称为平面平行腔。其在光纤中的结构一般由两侧渡有高反射率的反射镜组成，或是将光纤两端面镀膜，通过封装或对接制成。但由于光纤的直径在微米量级，镀膜材料难以选择，镀膜难度大，且在封装或对接时需要精确地控制镀膜光纤和精确连接光纤以减小耦合损失，操作难度大。本文提出了一种利用飞秒激光获得蓝宝石光纤F-P结构的方法，此方法基于强激光引起材料性质发生改变，从而影响材料折射率的方法制作。

蓝宝石光纤由于其独特生长方式，其制作成品为无包层结构，此结构将大大影响光纤传感器信号传输性能。为解决此问题，本文提出一种化学涂敷法，使用多晶氧化铝溶液进行蓝宝石表面涂敷，具有热膨胀系数兼容，并且能有效形成全反射光信号传输特性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种利用飞秒激光制备的蓝宝石F-P光纤温度传感器，，增加装置的适用性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种利用飞秒激光制备的蓝宝石F-P光纤温度传感器，所述方法包括以下步骤：步骤a、将蓝宝石光纤依次放入36％的浓盐酸、丙酮以及酒精中各清洗10分钟，清洗过后干燥10分钟，对干燥后的所述蓝宝石光纤进行化学机械抛光；步骤b、对抛光后的所述蓝宝石光纤进行超声波清洗，将清洗过后的所述蓝宝石光纤放置在飞秒激光刻制台上；步骤c、将所述蓝宝石光纤垂直所述飞秒激光刻制台，打开飞秒激光，将所述飞秒激光聚焦在纤芯顶部，调高所述飞秒激光功率，沿着所述蓝宝石光纤垂直方向向下刻写，刻制出第一个反射镜；步骤d、将所述飞秒激光移动500um刻制出第二个反射镜，形成法布里珀罗结构；步骤e、将刻制完成后的所述蓝宝石光纤用超声波清洗，并对刻制好的所述蓝宝石光纤进行包层涂覆；步骤f、对涂覆后的所述蓝宝石光纤进行烧结，烧结后的得到蓝宝石F-P光纤，所述蓝宝石F-P光纤折射率为1.6。

优选的，步骤a中所述蓝宝石光纤进行化学机械抛光作业时，抛光头与抛光垫转速为70r/min，抛光压力抛光液采用二氧化硅抛光液，抛光液流速为90ml/min，抛光压力为49kpa。

优选的，步骤e中所述蓝宝石光纤进行包层涂覆作业时，使用Al₂O₃多晶氧化铝溶液在80℃下进行涂敷，涂覆时间为1小时。

优选地，步骤f中所述蓝宝石光纤进行烧结作业时，烧结温度为500 摄氏度。