[发明专利]一种阵列式特种光纤及其制备方法与所得光纤超声传感器

说明书

本发明公开了一种阵列式特种光纤及其制备方法与所得光纤超声传感器。所述阵列式特种光纤包括二氧化硅材料的外包层和在外包层内排布为蜂窝阵或矩形阵的若干个阵元光纤，每个阵元光纤均为包含芯层和二个内包层的单模光纤，其中，芯层的相对折射率≥0.3％，芯层和第一内包层的相对折射率差≥0.32％；第二内包层和芯层的直径比满足：第二内包层/芯层≥3。本发明的阵列式特种光纤可用于高灵敏度的光纤超声传感器中，具有广泛应用前景。

技术领域

本发明属于特种光纤的技术领域，特别涉及可用于光纤超声传感器中的阵列式特种光纤的技术领域。

背景技术

超声检测技术是一种通过检测声波在介质中反射的回波所携带的信息来了解介质内部结构的技术，其具有无损检测能力，广泛应用于海洋探测、生物医学、航空航天等诸多领域。

超声检测技术的关键在于超声传感器。传统的超声传感器一般采用压电材料采集声波引起的振动信息，存在灵敏度低、带宽窄等缺点。相比于传统超声传感器，近年来，凭借着抗电磁干扰能力强、体积小等优点，光纤超声传感器逐渐成为新的研究热点。

光纤超声传感器中，传统的干涉型光纤超声传感器基于单芯光纤，只适合单点声场检测，不具有三维空间探测能力，大大限制了其应用。而随着光通讯业务的快速增长，光器件不断地朝着集成化、微型化方向发展，使得光纤阵列的应用越来越得到重视。

在光纤阵列的制备中，有将光纤外面的保护涂覆层去掉，再利用V形槽将一条光纤、一束光纤或一条光纤带安装在阵列基片上，然后利用加压器部件加压并使用粘合剂粘合的方法；也有通过套管将四条光纤线固定的方法；也有将多根纤芯集中固定在同一容置槽中的方法。但这些光纤阵列存在不够集成化、微型化的缺陷，且这些方法中，光纤均需要经过较多处理，强度及质量会出现下降。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提出一种阵列式特种光纤及其制备方法，所得阵列式特种光纤为多芯特征光纤，在用于光纤阵列式排布的超声传感器中，可显著提升超声传感器的灵敏度高，使超声传感器对三维空间内探测到声波信号进行解调，进而还原超声信号源在三维空间的精确位置，在医学和海洋探测等多方面具有广泛应用前景。

本发明的技术方案如下：

一种阵列式特种光纤，其包括外包层和在外包层内排布为阵列的若干个阵元光纤，每个阵元光纤均为单模光纤，该单模光纤包含芯层和包裹芯层的第一内包层和在第一内包层外的第二内包层；其中，芯层的相对折射率≥0.3％，芯层和第一内包层的相对折射率差≥0.32％；第二内包层和芯层的直径满足：第二内包层直径/芯层直径≥3；所述外包层为二氧化硅材料，所述相对折射率为相对于二氧化硅的折射率；所述阵列为蜂窝阵或矩形阵。

根据本发明的一些优选实施方式，所述第二内包层为纯硅材料。

根据本发明的一些优选实施方式，所述单模光纤为通信用G.652光纤。

根据本发明的一些优选实施方式，所述外包层的横截面为外边缘为圆形、内边缘为长方形或正方形的外圆内方的形状，其内边缘的方形的边长以能通过蜂窝阵或矩形阵紧密排布所述阵列为准；其外边缘的、与所述方形的边长对应的四个弧段中的任一弧段到与该弧段同侧的第一排阵元光纤的圆心连线的最大距离≥80μm。

根据本发明的一些优选实施方式，每个所述阵元光纤的外径D≥80μm。

根据本发明的一些优选实施方式，所述阵列式特种光纤的整体外径D≥720μm。

根据本发明的一些优选实施方式，所述阵列中，所述阵元光纤的外径波动≤0.5μm。

根据本发明的一些优选实施方式，所述阵元光纤的外径波动≤0.2μm。

根据本发明的一些优选实施方式，所述阵元光纤的外径波动≤0.1μm。