[发明专利]一种倾斜空芯光纤声探测装置及方法

权利要求书

1.一种倾斜空芯光纤声探测装置，其特征在于：包括依次连接的振动膜、空芯光纤和双芯光纤；需保证双芯光子晶体光纤中一个纤芯正对空芯光纤的中心，成为中心纤芯；双芯光纤中另一个纤芯位于中心纤芯下方。

2.根据权利要求1所述的倾斜空芯光纤声探测装置，其特征在于：使用的双芯光纤为双芯光子晶体光纤。

3.根据权利要求1所述的倾斜空芯光纤声探测装置，其特征在于：使用的空芯光纤为蚀刻纤芯的多模光纤。

4.根据权利要求1所述的倾斜空芯光纤声探测装置，其特征在于：采用由锗制作的金属振动膜作为光纤声波传感器的传感元件，且双芯光子晶体光纤出射光始终位于振动膜机械位移最大点处进行反射。

5.一种倾斜空芯光纤声探测装置的制作方法，用于制作如权力要求1、2、3或4所述的倾斜空芯光纤声探测装置，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一、根据TMAH溶液的选择腐蚀性在纯硅多模光纤端面上加工一个一短腔；

步骤二、利用熔接机将双芯光子晶体光纤与纯硅多模光纤进行偏移熔接；

步骤三、通过光纤端面研磨设备将纯硅多模光纤端面进行研磨形成倾斜端面，再利用气相沉积法在倾斜端面上镀上一层锗膜；

步骤四、利用飞秒激光器在光子晶体光纤上半部加工一个长方形的槽，再将TMAH溶液填充光子晶体光纤所有的空气孔；这样光子晶体光纤上半部的TMAH溶液从槽中流出外面，而光子晶体光纤下半部的TMAH溶液填充进纯硅多模光纤的短腔进行腐蚀；空气孔中的残留空气也会从槽另一侧的光子晶体光纤上半部流出；使悬空式倾斜式金属锗振动膜镀在空腔的表面；

步骤五、利用泵浦将TMAH溶液吸出，再用同样的方法将蒸馏水填充进空气孔和空腔进行清洗；然后将加工有槽的光子晶体光纤一侧切除。

6.如权利要求1、2、3或4所述倾斜空芯光纤声探测装置测量声波频率的方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一、将激光从中心纤芯射入，经过振动膜反射后耦合到另一个纤芯射出，射出的光功率P为：

其中，I₀是光束的光强大小，光束的模场直径ω_l＝ω_o[1+(θ_Al/ω_o)²]^1/2，ω_o是光子晶体光纤的模场直径，θ_A是光子晶体光纤的发散角，l是光束传播距离，l＝Y(1+1/cos2θ)，Y是振动膜位移距离，θ是振动膜的入射角与振动膜的倾角，R是反射光中点与中心的距离，R＝d-Ltanθ，d是光子晶体光纤双芯间距，L是空腔长度，Y是振动膜位移距离，r是极坐标下距中心点半径；

步骤二、利用耦合光功率P可以得到振膜的位移距离，即是膜片的形变Y：

步骤三、根据振动膜小挠度弯曲的理论对膜片的形变Y及受迫频率响应f_mn方程进行求解：

其中r是极坐标下距中心点半径，P是作用压力，D是振动膜的抗弯刚度，φ_mn是与振动膜的振动模式相关的常数，ρ是与振动膜的振动模式相关的常数，h是振动膜的厚度；

步骤四、声波的声源强度即等于作用压力P：

声波的振动频率即为受迫频率响应f：