【技术实现步骤摘要】
(一)本专利技术涉及的是基于光热效应的光纤法布里-珀罗传感器，属于光纤传感领域。
技术介绍
0、(二)
技术介绍
1、光纤法布里-珀罗传感器(fabry-perot sensor)作为光纤传感器中非常典型的一种；cielo等人在1979年首次提出了在光纤内部进行多光束干涉的想法，而petuchowski等人在1981年实现了该想法，首次不用耦合器制作出了法布里-珀罗干涉仪。法布里-珀罗腔可以看成端面良好的两个相互平行的平板，入射光束进入法布里-珀罗腔后，会在法布里-珀罗腔的前后端面发生反射和透射，反射光束相遇发生干涉。当外界环境的加速度、温度、压力等物理量发生变化时，会引起法布里-珀罗腔腔长变化，导致干涉光束的光程差发生改变，引起干涉光谱的强度或相位等信息发生改变，通过解调干涉光谱的强度或相位信息变化量实现传感器腔长变化得到外界物理量的变化量。相较于其它传感器，其具有特殊的传感器结构，适用于多种工作环境、长期稳定性、结构尺寸等方面具有独特的优势。光纤法布里-珀罗传感器在工业生产、基础医学、航空航天、生物分析和节能降耗等多个领域都得到了广泛的应用。
2、光热效应的产生原理(photothermal effect)。当激光照射到物体上时，电磁波与物质发生相互作用，造成能量的吸收和散射。被吸收的光能，转化为原子的内能，使原子、电子等微观物质状态发生变化。例如，激光照射到物体上时，可通过电致伸缩或对物体产生辐射压的方式直接将光能转化为物质热能。物质吸收的光能，也可能会引起原子取向、电子能态等微观物质的变化。吸收一定
3、光引发剂(photoinitiator)在直接或间接吸收光子能量之后，光引发剂分子从基态跃迁到激发单线态，经系间窜跃至激发三线态，在激发单线态或三线态经历单分子或双分子化学作用后，通过化学键的均裂形成能够引发聚合的自由基活性碎片，这些活性碎片可以发生化学聚和反应形成固化物质。固化之后再使用激光作用在固化物质上时就会因为吸光发热在液体中产生气泡，由气泡和光纤共同组成法布里-珀罗复合腔。
4、在光纤传感领域中，高灵敏度、微型化和可实现多参量测量的传感技术是人们一直不断在追求和探索的。随着传感技术的向前发展，各种各样结构和功能的光纤法布里-珀罗传感器开始不断涌现。
5、公开号为cn102735273b的专利技术专利利用探测光源、法布里-珀罗腔、光学探测器和伺服电路模块构成了光纤法布里-珀罗传感器；利用光学探测器接收探测光的光强，反演光纤法布里-珀罗腔所承受物理量；这种传感器容易受到电磁干扰。公开号为cn111664880a的专利技术专利是利用第一单模光纤和第二单模光纤耦合构成，第一单模光纤的耦合端面和第二单模光纤的耦合端面分别从套管的两端插入套管内，第一单模光纤的耦合端面和第二单模光纤的耦合端面上均镀设高反射膜形成高反射面，两个高反射面之间形成谐振腔；这种传感器对物理量的探测过于单一，其实用性受到限制。授权号为cn207976161u的专利技术专利是利用相对的第一光纤和第二光纤，所述第一光纤朝向所述第二光纤一侧的第一端面为凹形曲面，且第一端面和第二光纤朝向第一光纤一侧的第二端面对接形成一个微腔；该传感对于加工的精密性要求过高。
6、本专利技术为克服上述在技术上的不足，提出了一种基于光热效应的光纤法布里-珀罗传感器，具有可实现多参量传感、灵敏度高、制备简单、集成度高的特点。得益于“光纤和气泡”构建成的复合法布里-珀罗腔，通过外界物理量作用于气泡，致使气泡产生位移或形变，从而实现不同物理量的监测；此外，对于微流通道的结构设计、光刻结构的设计、光刻材料的选择等，可以对应各种不同波长的激光，从而可以适应不同外界环境和不同物理量的检测，从而可以进一步提高传感器的应用场景和适用范围，故本专利技术提出的传感器相对于现有技术有着更大的优势。
技术实现思路
0、(三)
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于光热效应的光纤法布里-珀罗传感器。该传感器利用光刻技术刻写的轨道结构，通过激光聚焦轨道结构，产生光热效应，在液体环境中产生气泡，光纤端面与气泡的前后表面构成复合法布里-珀罗干涉腔，外界物理量作用于气泡，致使气泡产生位移或形变，从而改变传感腔的腔长，以达到传感的目的。
2、本专利技术的目的是这样实现的：
3、如图1所示，所述传感器是将光纤(1)和气泡(4)构成复合法布里-珀罗腔，气泡(4)是由激光(5)聚焦在光引发剂溶液产生聚合化学反应，在微流通道(2)的底部刻写出轨道结构(3)，激光(5)聚焦在刻好的轨道结构(3)上，产生光热效应，在液体环境中生成气泡(4)。光源(6)注入光纤(1)并传输至光纤端面时，光源会在第一反射面光纤端面产生反射光(7)和透射光(8)，然后透射光(8)会在液体环境中传输到达气泡(4)的前表面，透射光(8)会在第二反射面产生反射光(9)和透射光(10)，最后透射光(10)会在气泡(4)内部传输到达气泡(4)的后表面，通过反射生成反射光(11)。反射光(7)、反射光(9)和反射光(11)就会产生多光束干涉，通过光电探测器(12)接收反射信号，因外界物理量改变导致干涉腔发生变化，使反射信号产生变化，并通过分析求解每个单腔干涉信号，最终实现基于光热效应的光纤法布里-珀罗传感技术。
4、所述的基于光热效应的光纤法布里-珀罗传感器中所用的光纤(1)是单芯光纤、双芯光纤、或其他多芯光纤。
5、所述的基于光热效应的光纤法布里-珀罗传感器中所用的光纤(1)是单模光纤、多模光纤、或其他光纤。
6、所述的基于光热效应的光纤法布里-珀罗传感器中所用的光引发剂材料是一种自由基化学物质，具有很高的感光灵敏度和光引发活性，还可以是其他光刻材料。
7、所述的基于光热效应的光纤法布里-珀罗传感器中的光刻结构形状根据所测外界物理量的不同，刻写成不同的形状，对于该传感器可以使用不同的光引发剂材料和刻写多种结构形状，从而提高传感器的应用范围。
8、利用全息光镊平台将激光聚焦到微流通道底部，所采用的刻写方式，利用空间光调制器实现单路刻写、双路刻写或者多路刻写。
9、通过将所述的基于光热效应的光纤法布里-珀罗传感器简化为“光纤端面、气泡前表面和气泡后表面”三层高反射膜结构，三层高反射膜构成了复合法布里-珀罗干涉腔，对该三层膜结构的光路分布情况做出了分析，下面给出了相应的数学描述。
10、双腔混合结构光纤法布里-珀罗干涉仪反射光的干涉强度i可以表示为：
11、
12、式中i1为光纤端面的反射光(7)的反射光强，i2为气泡前表面的反射光(9)的反射光强本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.本专利技术提供的是基于光热效应的光纤法布里-珀罗传感器，其特征是：所述传感器包括光纤(1)、微流通道(2)和光刻结构(3)，其中，光纤(1)包括包层(101)和纤芯(102)；当激光(5)聚焦在光刻结构(3)时，刻写材料会产生光热效应，在光刻结构(3)上产生一个气泡(4)，光纤端面、气泡前表面和气泡后表面三个反射面构成了复合法布里-珀罗干涉腔，利用光纤环形器(13)将光纤(1)、光源(6)和光电探测器(12)相连接，光源(6)注入光纤(1)并传输至光纤端面时，光源(6)会在光纤(1)端面产生第一反射光(7)和第一透射光(8)，然后第一透射光(8)会在液体环境中传输到达气泡(4)的前表面，第一透射光(8)会在气泡前表面产生第二反射光(9)和第二透射光(10)，最后第二透射光(10)会在气泡(4)内部传输到达气泡(4)的后表面，通过反射生成第三反射光(11)，第一反射光(7)、第二反射光(9)和第三反射光(11)就会产生法布里珀罗干涉，通过光电探测器(12)接收反射光谱，因外界物理量改变导致气泡(4)产生位移或形变，导致干涉腔长发生变化，使反射光谱产生变化，并通过分析求解每个单腔
2.根据权利要求1所述的基于光热效应的光纤法布里-珀罗传感器，其特征是：所用的光纤(1)是单芯光纤、双芯光纤、三芯光纤或其他多芯光纤。
3.根据权利要求1所述的基于光热效应的光纤法布里-珀罗传感器，其特征是：所用的光纤(1)是单根光纤、双根光纤、三根光纤或多根光纤。
4.根据权利要求1所述的基于光热效应的光纤法布里-珀罗传感器，其特征是：所用的光纤(1)是单模光纤、多模光纤或其他光纤。
5.根据权利要求1所述的基于光热效应的光纤法布里-珀罗传感器，其特征是：所刻写的光刻结构(3)是点状光热波导阵列、条型光热波导阵列、点状和条型组合光热波导阵列或者其他图案化光热波导阵列。
6.根据权利要求1所述的基于光热效应的光纤法布里-珀罗传感器，其特征是：所用的激光(5)是单束激光、双束激光或其多束激光。
7.根据权利要求1所述的基于光热效应的光纤法布里-珀罗传感器，其特征是：所用的光刻材料是自由基光引发剂，阳离子性光引发剂或者金属氧酸盐等其他光刻材料。
...【技术特征摘要】
1.本发明提供的是基于光热效应的光纤法布里-珀罗传感器，其特征是：所述传感器包括光纤(1)、微流通道(2)和光刻结构(3)，其中，光纤(1)包括包层(101)和纤芯(102)；当激光(5)聚焦在光刻结构(3)时，刻写材料会产生光热效应，在光刻结构(3)上产生一个气泡(4)，光纤端面、气泡前表面和气泡后表面三个反射面构成了复合法布里-珀罗干涉腔，利用光纤环形器(13)将光纤(1)、光源(6)和光电探测器(12)相连接，光源(6)注入光纤(1)并传输至光纤端面时，光源(6)会在光纤(1)端面产生第一反射光(7)和第一透射光(8)，然后第一透射光(8)会在液体环境中传输到达气泡(4)的前表面，第一透射光(8)会在气泡前表面产生第二反射光(9)和第二透射光(10)，最后第二透射光(10)会在气泡(4)内部传输到达气泡(4)的后表面，通过反射生成第三反射光(11)，第一反射光(7)、第二反射光(9)和第三反射光(11)就会产生法布里珀罗干涉，通过光电探测器(12)接收反射光谱，因外界物理量改变导致气泡(4)产生位移或形变，导致干涉腔长发生变化，使反射光谱产生变化，并通过分析求解每个单...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓洪昌，兰艺海，汪杰君，魏剑，苑立波，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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