一种基于悬浮芯光纤的在线式光流体微FP腔的制作方法

本发明涉及在线式光纤光流体微fp腔领域。

背景技术：

集成了光学与微流体学的光流体技术在生物测量和化学分析等领域具有巨大的应用前景，成为构建微型化、一体化、高分析能力生物化学分析设备的主流技术之一。

传统的光流体fp（fabry-pérot）腔由透镜、光源、分束器等分离式光学原件和具有微流体通道的器件，并结合专门设计的封装技术构成，这类系统存在体积庞大、不稳定、易受环境影响等缺点。在线式光纤光流体微fp腔可以有效地避免上述问题，实现光流体fp腔的微型化、一体化，有效地提高光流体fp腔的稳定性，成为了光流控器件未来主要发展方向之一。

现已报道的在线式光纤光流体微fp腔的制备方法主要包括：飞秒激光、157nm激光、光刻、研磨和聚焦离子束等，这些方法中使用的仪器设备非常昂贵，同时需要配合高精度的微动控制系统，极大地增加了制作工艺的复杂度，同时也提高了在线式光纤光流体微fp腔的成本，进而限制了在线式光纤光流体微fp腔的实用化进程。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：如何降低在线式光纤光流体微fp腔的成本。

本发明所采用的技术方案是：一种基于悬浮芯光纤的在线式光流体微fp腔，由石英毛细管（2）、焊接在石英毛细管（2）左端的单模光纤（1）、焊接在石英毛细管（2）右端的悬浮芯光纤（3）组成，单模光纤（1）、石英毛细管（2）、悬浮芯光纤（3）轴心线重合。

作为一种优选方式：悬浮芯光纤的纤芯为二氧化硅，悬浮芯光纤（3）的包层为有六个大尺寸空气孔的气孔包层。

作为一种优选方式：单模光纤（1）的纤芯外径小于石英毛细管（2）的内径，悬浮芯光纤（3）气孔（7）外径小于石英毛细管（2）的内径。

作为一种优选方式：单模光纤（1）与石英毛细管（2）的焊接面形成第一个反射面（5），石英毛细管（2）与悬浮芯光纤（3）的焊接面形成第二个反射面（6），两个反射面之间为干涉腔。

作为一种优选方式：为防止其反射光对干涉腔的反射谱产生调制，对悬浮芯光纤（3）的右端面进行研磨，使悬浮芯光纤（3）的右端面与悬浮芯光纤（3）的轴心线成80-85度夹角。

作为一种优选方式：干涉腔的腔长为10-100μm，悬浮芯光纤（3）的长度为5-50μm。

本发明的有益效果是：本发明具有制作工艺简单、成本低、对比度高、响应快、机械强度好、温度不敏感、耐高温等优点。本发明的制备只需要熔接机和切割刀等常规光纤处理设备，不需要飞秒激光、聚焦离子束以及高精度微动控制系统等贵重设备，因此该器件制备工艺非常简单，加工成本低；同时，熔接机焊接工艺形成的反射面比飞秒等设备形成的反射面更加平滑，有利于获得更高的对比度和分辨率；此外，悬浮芯光纤的大尺寸气孔可以有效地提高传感器的响应速度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明使用的悬浮芯光纤结构示意图；

图3是本发明中微fp腔的测试系统图；

图4是本发明中微fp腔的反射谱；

其中，1、单模光纤，2、石英毛细管，3、悬浮芯光纤，4、单模光纤的纤芯。5、第一个反射面，6、第二个反射面，7、悬浮芯光纤气孔。

具体实施方式

本发明提出了一种基于悬浮芯光纤的在线式光流体微fp腔，由普通单模光纤1、石英毛细管2和悬浮芯光纤3构成，其结构示意图如图1所示；其中悬浮芯光纤3的包层内有6个大尺寸气孔，如图2所示，6大尺寸气孔围成悬浮芯光纤气孔7；普通单模光纤1的一端与石英毛细管2的一端焊接，其中石英毛细管2的内径大于普通单模光纤的纤芯4的直径；石英毛细管2的另一端与悬浮芯光纤3的一端焊接，其中石英毛细管2的内径大于悬浮芯光纤3的气孔外径；悬浮芯光纤3的另外一端经过倾斜研磨或粗糙化处理，使悬浮芯光纤3的右端面与悬浮芯光纤3的轴心线成82度夹角；普通单模光纤1的右端面形成第一反射面5，悬浮芯光纤3的纤芯的左端面形成第二反射面6，两个反射面之间构成微fp腔；光从普通单模光纤1的左端进入微fp腔，通过测量普通单模光纤1的反射光获得微fp腔的反射谱，进而对微fp腔内光与流体的相互作用进行实时动态监测。

工作原理：将本发明的基于悬浮芯光纤的在线式光流体微fp腔插入到待测流体中，流体经过悬浮芯光纤气孔7进入干涉腔与腔内的光相互作用，通过观察微fp腔反射谱的变化，可以实现光与流体相互作用过程的实时监测。其反射光强为：

其中：i1和i2为两个反射面的反射光强，l是腔长，λ是入射光波长，nan是待测流体的折射率。

本发明的基于悬浮芯光纤的基于悬浮芯光纤的在线式光流体微fp腔的实验测试系统见图3，其中包括光谱仪、宽带光源和光纤耦合器等。

图4为本发明中微fp腔的反射谱，腔长分别为46μm和94μm的微fp腔的反射干涉谱，其中腔长为46μm的微fp腔的对比度高达28db。

本发明还提出了如下的优选参数设置方案：所述微fp腔的石英毛细管2的长度为10-100μm，悬浮芯光纤3的长度为5-50μm。

技术特征：

技术总结
本发明涉及在线式光纤光流体微FP腔领域。一种基于悬浮芯光纤的在线式光流体微FP腔，由石英毛细管（2）、焊接在石英毛细管（2）左端的单模光纤（1）、焊接在石英毛细管（2）右端的悬浮芯光纤（3）组成，单模光纤（1）、石英毛细管（2）、悬浮芯光纤（3）轴心线重合。本发明具有制作工艺简单、成本低、对比度高、响应快、机械强度好、温度不敏感、耐高温等优点。

技术研发人员：张强;李永民
受保护的技术使用者：山西大学
技术研发日：2018.03.30
技术公布日：2018.11.06