一种光纤圆球微腔湿敏传感技术的制作方法
【专利摘要】本发明为一种光纤圆球微腔湿敏传感技术，即在加工好的圆球微腔的条件下实现微腔与锥形光纤的耦合。得到没有水蒸气(或者水蒸气含量很少)的条件下的传播光谱。然后再在相同耦合条件下(相同耦合距离、相同尺寸的微腔)进行水蒸气测试。得到两组不同的谱信号，从而用来探测环境湿度。
【专利说明】一种光纤圆球微腔湿敏传感技术
【技术领域】
[0001]本发明涉及制作圆球微腔来对气室水蒸气进行传感测试。
【背景技术】
[0002]近些年来，光学微腔以其极高的品质因数，在高灵敏传感器等研究领域具有很强的发展优势。圆球微腔中光是按照“回音壁”模式传播的。基于此传播模式的微腔是一种相当成功的高Q值微型腔。光波在腔内弯曲界面传播时，会发生全反射，从而形成了沿界面半波长范围内传播的高Q值的模式，称之为回音壁模式。也正因为如此，腔内的能量只有很小的一部分会泄露出腔体之外造成损失。因此，光学圆球微腔有很高的品质因数。
[0003]光波进入到圆球微腔是以一种“倏逝波”的方式传播进入到微腔的。倏逝波的产生可利用多种耦合器，例如:耦合棱镜、侧抛光线等等。锥形光纤作为一种便于加工的高效率的耦合器件，得到了广泛的应用。锥形光纤的加工采用熔融拉锥的办法制备得到。耦合过程中的倏逝波传播很容易受到周围环境的影响，特别是对水蒸气敏感。
【发明内容】
[0004]发明了一种基于圆球微腔的湿敏传感技术，并在加工好圆球微腔后，实现微腔与锥形光纤的耦合，通过光谱变化来探测环境湿度。
【具体实施方式】
[0005]由于水分子对1550nm通讯波段的红外光波具有较高的吸收效率，因此在激发光源上选择可调谐的美国NEW-F0CUS公司的TLB-6328可调谐激光器，可调谐的波长范围1520 ~1570nmo
[0006]实现锥型光纤的对准，即把两个耦合用的锥型光纤对接，实现两者之间的光波传导。其中一个作为输入通道，一个作为输出通道。用高精度三维平移台固定输入通道，把输出通道固定在三维压电驱动的微位移调节台上。输入通道的另外一端接激光器。输出通道的另外一端输出到功率计探头。具体操作如下:
[0007]打开激光器后，调节激光器的输出功率为25 μ w并用功率计测试后记录此数值(约为18 μ W)。然后调整控制输出通道的锥形光纤的锥区靠近输入通道锥型光纤的锥区，并上下左右不断调试两者之间的距离。此时，把输出通道的输出端对准功率计探头，并继续通过三维压电驱动的微位移调节台对输出通道进行位置调节。通过读取功率计显示数据判断两锥型光纤是否对准。通过精确调节可以实现两者较为理想的通光，得到的最佳的输出功率为12μ?。整个的调节实验是在光学监测系统的观测下完成的。此时，固定系统，不再对两个锥型光纤进行调节。
[0008]把圆球微腔的基片固定在自制的夹具上，并连同整个夹具固定在另外一个三维压电驱动的微位移调节台上。在监测系统的监测下靠近步骤I中搭建好的两个相对的锥型光纤的锥区，其目的就是为了实现基于“倏逝波”的耦合。[0009]在监测系统的观察下尽量让圆球微腔接近锥区。然后设定可调激光器的扫描范围:1530nm?1560nm,扫描速度为0.005nm/s。之后执行扫描,在不同量水蒸气环境下观测用Iibview采样获得的谱线。
[0010]在相同的耦合系统的条件下，在设定了相同的激励方式(激光扫描)下，由于圆球微腔处于不同的环境下(有无水蒸气)将导致透射光谱发生变化。因此，可以通过透射光谱的变化来测试有无水蒸气。而且这种变化是明显的，光学仪器很容易就能探测出来。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为传感器光纤部分与圆球微腔部分照片(锥形光纤精准耦合对接)
[0012]图2为锥形光纤精准耦合对接设计图
[0013]图3为两个锥形光纤尖头对接后加载圆球微腔形成湿敏传感器的整体设计图
[0014]图4为加载了圆球微腔的光纤对接传感器整体照片。
【权利要求】
1.先仿真软件选择BeamPROP软件，在实验之前先用软件仿真。 然后进行实验操作。在加工好的圆球微腔的条件下实现微腔与锥形光纤的耦合。得到没有水蒸气(或者水蒸气含量很少)的条件下的传播光谱。然后与在相同耦合条件下(相同耦合距离、相同尺寸的微腔)进行有水蒸气测试。得到两组不同的谱信号，由此精确探测水蒸气。
2.根据权利要求1所述圆球微腔制备是通过光纤自己加工的直径在150?250μ m的球腔。
3.根据权利要求1所述的实验所用设备有: 激光器:美国NEW-FO⑶S公司的TLB-6328可调谐激光器，可调谐的波长范围1520?1570nmo 红外CCD:C0NT0UR-1R型近红外CCD。 单锥光纤:Crystal Fibre公司提供的单锥光纤。 功率计:Newport 1830C功率计。 实验监测系统(包括放大镜头和(XD)。 有机玻璃防尘罩。 Libview信号处理系统。 一定数量的普通单模光纤和若干三维调整台和三维压电驱动的微位移调节台。
4.根据权利要求1所述实验的实现步骤: 把圆球微腔的基片固定在自制的夹具上，并连同整个夹具固定在另外一个三维压电驱动的微位移调节台上。在监测系统的监测下靠近搭建好的两个相对的锥型光纤的锥区，其目的就是为了实现基于“倏逝波”的耦合。具体操作如下: 首先在监测系统的观察下尽量让圆球微腔接近锥区。然后设定可调激光器的扫描范围:1530nm?1560nm，扫描速度为0.005nm/s。之后执行扫描，观测用Iibview采样获得的谱线。
5.根据权利要求4所述锥型光纤的对准实现过程: 把两个耦合用的锥型光纤对接，实现两者之间的光波传导。其中一个作为输入通道，一个作为输出通道。用高精度三维平移台固定输入通道，把输出通道固定在三维压电驱动的微位移调节台上。输入通道的另外一端接激光器。输出通道的另外一端输出到功率计探头。 打开激光器后，调节激光器的输出功率为25 μ W，并用功率计测试后记录此数值(约为18μ w)。然后调整控制输出通道的锥形光纤的锥区靠近输入通道锥型光纤的锥区，并上下左右不断调试两者之间的距离。此时，把输出通道的输出端对准功率计探头，并继续通过三维压电驱动的微位移调节台对输出通道进行位置调节。通过读取功率计显示数据判断两锥型光纤是否对准。通过精确调节可以实现两者较为理想的通光，得到的最佳的输出功率为12μ W。整个的调节实验是在光学监测系统的观测下完成的。此时，固定系统，不再对两个锥型光纤进行调节。
【文档编号】G01N21/39GK103575697SQ201210288423
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年8月5日 优先权日:2012年8月5日
【发明者】葛羽屏, 朱咏梅, 杨莹, 顾晓清 申请人:葛羽屏, 朱咏梅, 顾晓清