[发明专利]一种温度不敏感光纤折射率传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种温度不敏感光纤折射率传感器及其制备方法，包括：用光纤熔接机将两段单模光纤SMF分别与无芯光纤NCF的两端进行熔接；利用光纤侧抛机对熔接的无芯光纤的一个侧面进行抛磨；将侧抛后的无芯光纤固定于提拉镀膜机进行镀膜；将镀膜后的侧抛无芯光纤放置在高温环境固化。本发明的温度不敏感光纤折射率传感器体积小，制备简便，适应性强，可有效避免温度交叉传感，在特殊环境下测试液体折射率有着潜在的应用。

技术领域

本发明属于光纤传感与通信技术领域，具体涉及一种温度不敏感光纤折射率传感器及其制备方法。

背景技术

随着传感技术的飞速发展，环境监测、药品筛查、疾病诊断等诸多检测领域对物质折射率的测量提出了更高的要求。相比于其他类型的折射率传感器，光纤折射率传感器具有结构紧凑、易集成、灵敏度高、抗电磁干扰和可用于复杂环境等优点。而常规光纤的光场被完全束缚在纤芯里传输，很难对外界参数响应。这就需要对光纤结构进行处理，让束缚于纤芯的光场部分形成倏势场，进而在光纤的表面传输，从而达到能与待测物质相互作用。其中，通过对光纤的表面进行侧抛技术会使得光纤表面倏逝场比例增大，由此所形成的侧抛型光纤传感器，便可用于检测周围环境折射率的变化。例如，R Zakaria等人在侧抛单模光纤上镀银膜制成了对称远程表面等离子共振传感器，在折射率范围为1.33-1.34的灵敏度可达2812.5 nm/RIU。C Teng通过改变光纤抛磨深度、宏弯曲半径和抛磨角度等，优化了一种侧抛宏弯曲塑料光纤表面等离子体共振传感器的折射率传感性能，当环境折射率在1.41附近时，传感器的灵敏度达到4793.1nm/RIU。相比于微纳光纤结构(利用热熔拉锥技术处理光纤)的折射率传感器，侧抛光纤传感器结构结实，制作简单、且容易封装，可做到量产化推广，因而在实际应用方面具备很大潜力。

众所周知，常规光纤的材质是石英材料，其热光系数(光学材料的折射率随温度的变化率)值为9.2×10^-6K^-1。因此，所有的基于此类石英光纤的传感器都会受到温度交叉敏感问题，其温度灵敏度达到几十pm/℃。特别地，基于石英光纤的折射率传感器同样会遭遇温度交叉敏感问题，不能适应当前传感器追求精准度的趋势，对不同环境下折射率测试的准确度难以保证。尽管研究学者们采取各种方式来消除或补偿温度的影响，如有报道采用最为成熟的光纤光栅结构，其温度依赖程度达到了～20pm/℃。另外，光子晶体光纤因其独特的空气孔结构(相比常规石英光纤，大大减少了石英材料比例)亦被制作成各种高灵敏折射率传感器，但其温度灵敏度也达到十几pm/℃。因此，如何能减少在物质折射率测试过程中由于温度带来的交叉敏感问题，成为光纤折射率传感走向实际应用的关键。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种温度不敏感光纤折射率传感器及其制备方法，采用光纤侧抛技术制备侧抛光纤，并利用提拉技术在侧抛光纤的部分区域制备覆聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜，并能灵活控制镀膜长度及厚度，操作简单，快速、方便。

为了解决上述现有技术的问题，本发明采用以下技术方案。

本发明的一种温度不敏感光纤折射率传感器的制备方法，其特征在于：

用光纤熔接机将两段单模光纤SMF分别与无芯光纤NCF的两端进行熔接；利用光纤侧抛机对熔接的无芯光纤的一个侧面进行抛磨；将侧抛后的无芯光纤固定于提拉镀膜机进行镀膜；将镀膜后的侧抛无芯光纤放置在高温环境固化；

所述的光纤侧抛机包括；光纤夹具、光纤支架、磨轮、实时测量显微镜和包括X轴位移平台、Y轴位移平台、Z轴位移平台、θ轴位移平台的四维程控位移平台；光纤抛磨机运行时，水平放置的光纤由光纤夹具固定在光纤支架上；在四维程控位移平台的控制下，将磨轮移动至光纤的待抛磨区域；并通过驱动电机旋转磨轮来回匀速对光纤进行抛磨；通过实时测量显微镜，实时观测光纤抛磨的情况；

所述的提拉镀膜机包括可正反双向移动的移动平台、可夹持光纤的夹具；

所述的制备方法包括以下步骤：