飞秒激光脉冲序列加工的全光纤传感器及其制作方法技术

本发明专利技术涉及一种飞秒激光脉冲序列加工的全光纤传感器的制作方法，包括以下步骤：取光纤，用剥离钳子去单模除光纤上的一段涂覆层；采用飞秒激光脉冲序列三维微加工；在光纤上烧蚀出一U型微通道，采用飞秒激光脉冲序列烧蚀掉部分光纤的包层与芯层后，得到的空气腔的微通道；在微通道打通后，将光纤浸泡在5％的HF酸中，在超声波的辅助下后处理45分钟，使得微通道内壁粗糙度降低，从而可获得一个衰减峰较低的透射谱线。本发明专利技术的有益效果为：采用飞秒激光脉冲序列加工实现一种单步成型且结构简单的高灵敏度新型微传感器，该传感器整个器件不存在组装或移动部件，具有单步成型、结构简单、机械强度好、灵敏度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种飞秒激光脉冲序列加工的全光纤传感器的制造方法，包括以下步骤：取光纤，用剥离钳子去单模除光纤上的一段涂覆层；采用飞秒激光脉冲序列三维微加工；在光纤上烧蚀出一U型微通道，采用飞秒激光脉冲序列烧蚀掉部分光纤的包层与芯层后，得到的空气腔的微通道；在微通道打通后，将光纤浸泡在5%的HF酸中，在超声波的辅助下后处理45分钟，使得微通道内壁粗糙度降低，从而可获得一个衰减峰较低的透射谱线。本专利技术的有益效果为：采用飞秒激光脉冲序列加工实现一种单步成型且结构简单的高灵敏度新型微传感器，该传感器整个器件不存在组装或移动部件，具有单步成型、结构简单、机械强度好、灵敏度高等优点。【专利说明】
本专利技术涉及微型传感器领域，尤其涉及一种飞秒激光脉冲序列加工的全光纤传感 器及其制作方法。
技术介绍
光纤传感器具有非常广阔应用背景，现有传感结构一般采用马赫-泽德干涉仪原 理，其中，通常高灵敏度的马赫-泽德干涉仪光纤传感器的制造方法是在光纤上开槽，相关 产品中利用光纤与光子晶体光纤制作马赫-泽德干涉仪，这种结构使得纤芯直接接触被测 物质，从而提高了灵敏度，然而却破坏了光纤的对称性，导致此类光纤传感器的抗拉、抗压 性下降，进而使得这类传感器容易损坏，并且光子晶体光纤价格比较昂贵，成本高，不利于 大规模应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种， 以克服目前现有技术存在的不足。 本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现： -种飞秒激光脉冲序列加工的全光纤传感器的制造方法，包括以下步骤： (1)、取光纤，用剥离钳子去单模除光纤上的一段涂覆层； (2)、采用飞秒激光脉冲序列三维微加工；选择参数为波长800nm、重复频率1kHz、 脉冲宽度35fs、最高输出功率2mW的飞秒激光经过脉冲整形器后，调整为子脉冲数为2,脉 冲间隔200fs的双脉冲飞秒激光脉冲序列，经过快门和由半玻片和偏振片组成的衰减系 统，将光纤的能量降低到约lmW，将光纤置于水中，然后经20倍物镜聚焦到浸泡在去离子水 中的光纤的赤道表面，光纤放置在精度1 μ m的精密平移台上； (3)、在光纤上烧蚀出一 U型微通道，所述U型微通道的深度小于所述光纤圆周面 到所述纤芯的垂直距离，采用飞秒激光脉冲序列烧蚀掉部分光纤的包层与芯层后，得到的 空气腔的微通道； (4)、在微通道打通后，将光纤浸泡在5%的HF酸中，在超声波的辅助下后处理45 分钟，使得微通道内壁粗糙度降低，从而可获得一个衰减峰较低的透射谱线。 进一步的，所述步骤（2)中，通过包括照明器、物镜、电荷耦合元件成像系统进行 监控。 进一步的，所述步骤（4)中，所述光纤的一端为光源输入端，另一端为用于检测输 出光变化情况的传感信号检测端。 一种飞秒激光脉冲序列加工的新型全光纤传感器，包括光纤本体,所述光纤本体 上设有凹槽，所述凹槽的深度小于所述光纤本体圆周面到所述光纤本体轴线的垂直距离。 优选的，所述光纤本体为SMF_28e光纤或单模光纤或多模光纤。 优选的，所述凹槽的长度为50-250微米。 本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的飞秒激光脉冲序列加工的全光纤传感器及其 制作方法，采用飞秒激光脉冲序列加工实现一种单步成型且结构简单的高灵敏度新型微传 感器，该传感器整个器件不存在组装或移动部件，具有单步成型、结构简单、机械强度好、灵 敏度高等优点，利用单模光纤避免了利用特种光纤的高成本并克服了在光纤上刻槽带来的 结构易损坏等缺陷；该传感器能够检测环境中特定分子的存在及浓度，如甲烷、乙炔、乙烯、 毒品蒸汽、炸药蒸汽、坑道气体分子等，还可用于检测温度或压力变化，因此在环境监测、工 业过程处理、矿山生产、公共安全设施等领域有广泛应用，该微传感器在用于气体浓度检测 时灵敏度可以达到ppm量级。 【专利附图】【附图说明】 下面根据附图对本专利技术作进一步详细说明。 图1是本专利技术实施例所述的飞秒激光脉冲序列加工的新型全光纤传感器的结构 示意图； 图2是本专利技术实施例所述的飞秒激光脉冲序列加工的新型全光纤传感器进行光 谱检测时获得的透射光谱图。 图中： 1、光纤本体；2、纤芯；3、传感结构。 【具体实施方式】 实施例1，如图1和图2所示，一种飞秒激光脉冲序列加工的全光纤传感器的制作 方法，包括以下步骤： (1)、取光纤，用剥离钳子去单模除光纤上的一段涂覆层； (2)、采用飞秒激光脉冲序列三维微加工；选择参数为波长800nm、重复频率1kHz、 脉冲宽度35fs、最高输出功率2mW的飞秒激光经过脉冲整形器后，调整为子脉冲数为2,脉 冲间隔200fs的双脉冲飞秒激光脉冲序列，经过快门和由半玻片和偏振片组成的衰减系 统，将光纤的能量降低到约lmW，将光纤置于水中，然后经20倍物镜聚焦到浸泡在去离子水 中的光纤的赤道表面，光纤放置在精度1 μ m的精密平移台上； (3)、在光纤上烧蚀出一 U型微通道，所述U型微通道的深度小于所述光纤圆周面 到所述纤芯的垂直距离，采用飞秒激光脉冲序列烧蚀掉部分光纤的包层与芯层后，得到的 空气腔的微通道； (4)、在微通道打通后，将光纤浸泡在5%的HF酸中，在超声波的辅助下后处理45 分钟，使得微通道内壁粗糙度降低，从而可获得一个衰减峰较低的透射谱线。 所述步骤（2)中，通过包括照明器、物镜、电荷耦合元件成像系统进行监控。所述 步骤（4)中，所述光纤的一端为光源输入端，另一端为用于检测输出光变化情况的传感信 号检测端。 -种飞秒激光脉冲序列加工的全光纤传感器，包括光纤本体，所述光纤本体上设 有凹槽，所述凹槽内设有传感结构，所述传感结构为底面薄层，所述凹槽的深度小于所述光 纤本体圆周面到所述光纤本体纤芯的垂直距离。所述光纤本体为SMF-28e光纤或单模光纤 或多模光纤。所述凹槽的长度为50-250微米。 本专利技术提供的，采用飞秒激 光脉冲序列加工实现一种单步成型且结构简单的高灵敏度新型微传感器，该传感器整个器 件不存在组装或移动部件，具有单步成型、结构简单、机械强度好、灵敏度高等优点，利用单 模光纤避免了利用特种光纤的高成本并克服了在光纤上刻槽带来的结构易损坏等缺陷；该 传感器能够检测环境中特定分子的存在及浓度，如甲烷、乙炔、乙烯、毒品蒸汽、炸药蒸汽、 坑道气体分子等，还可用于检测温度或压力变化，因此在环境监测、工业过程处理、矿山生 产、公共安全设施等领域有广泛应用，该微传感器在用于气体浓度检测时灵敏度可以达到 ppm量级。 实施例2 1)、气体检测 第一步：光纤传感器的传感结构敏感区域置于一个气体腔内，通过真空泵将腔内 抽为真空； 第二步：该通过流量计向腔内冲入待测气体； 第三步：光纤的两端分别接到包含宽带光源（带宽llOnm)和光功率计的光波万用 表输入输出端口，通过光纤透射谱衰减峰值的移动对气体浓度进行检测。 2)、生物分子检测 第一步：光纤传感器的传感结构敏感区域置于一个气体腔内； 第二步：将待测培养液注入到微通道； 第三步：通过真空泵将腔内抽为真空； 第三步：光纤的两端分别接到包含宽带光源（带宽llOnm)和光功率计的光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞秒激光脉冲序列加工的全光纤传感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、取光纤，用剥离钳子去单模除光纤上的一段涂覆层；(2)、采用飞秒激光脉冲序列三维微加工；选择参数为波长800nm、重复频率1kHz、脉冲宽度35fs、最高输出功率2mW的飞秒激光经过脉冲整形器后，调整为子脉冲数为2，脉冲间隔200fs的双脉冲飞秒激光脉冲序列，经过快门和由半玻片和偏振片组成的衰减系统，将光纤的能量降低到约1mW，将光纤置于水中，然后经20倍物镜聚焦到浸泡在去离子水中的光纤的赤道表面，光纤放置在精度1μm的精密平移台上；(3)、在光纤上烧蚀出一U型微通道，所述U型微通道的深度小于所述光纤圆周面到所述纤芯的垂直距离，采用飞秒激光脉冲序列烧蚀掉部分光纤的包层与芯层后，得到的空气腔的微通道；(4)、在微通道打通后，将光纤浸泡在5％的HF酸中，在超声波的辅助下后处理45分钟，使得微通道内壁粗糙度降低，从而可获得一个衰减峰较低的透射谱线。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姜澜，徐乐，王素梅，韩伟娜，曹志涛，
申请(专利权)人：中自高科苏州光电有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32