一种基于微孔光学反射隔膜的光纤f-p多功能传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及光纤传感技术领域，特别是一种光纤法布里-巧罗F-P传感器。
【背景技术】
[0002] 随着科学技术的迅速发展，人们开始追求传感器的小型化、轻量化，W及对恶劣环 境的适应性。因此光纤传感器W其抗电磁干扰、耐腐蚀、易复用、灵敏度高、测量范围大， 结构小巧等优点成为了近年来学者们研究的热点。常用的光纤传感器主要包括；基于马 赫-增德尔干设仪的传感器、法布里-巧罗干设仪的传感器、萨巧亚克干设仪的传感器、W 及基于光纤光栅的传感器。其中基于法布里-巧罗（F-巧干设仪的传感器是目前应用历 史最长，技术最为纯熟、应用最为广泛的光纤传感器之一，已经成功被应用于温度、压力、位 移、应变、超声、折射率、湿度、气体浓度等物理和化学参数的测量。现有的光纤F-P传感器 的制作方法有很多，包括：端面锻膜法（将一段光纤焊接在两个锻有高反射膜光纤的中间 形成F-P腔）、光栅成腔法（在一段光纤上刻蚀两个完全相同的布拉格光栅形成F-P腔）、 飞秒刻蚀法（利用飞秒脉冲激光器在光线表面或内部刻蚀形成F-P腔）、空屯、光纤法（将空 屯、光纤与常规光纤想烙接形成F-P腔）。然而依据上述方法做成的光纤F-P传感器，F-P腔 的质量很容易受到加工技术的影响而且成本较高，往往只能对特定的单一参数进行检测。
[0003] 追求功能的多样性是目前研究F-P传感器的一大重要目标。而光纤F-P传感器的 功能主要由其腔型决定。依据的光纤F-P传感器的具体制作方法和腔型结构，光纤F-P传 感器可主要分为开腔式和闭腔式。对于开腔式的F-P传感器，被测物质可W进入F-P传感 器的腔体，通过改变腔内的相对折射率实现对一些化学量和物理量的检测，比如液体的折 射率、空气的相对湿度、气体的浓度等。相对于开腔式F-P传感器，闭腔式F-P传感器通过 被测参量的改变引起反射隔膜的形变，进一步导致腔长的改变，最终通过对腔长变化的解 调实现对振动、应变、声波/超声波、压强、位移等物理参数的探测。如2012年3月14日公 开的中国专利CN102374874 A和2012年3月21日公开的中国专利CN102384809 A，都采用 了闭腔式的F-P传感器设计，可实现对应变或压力、压强的探测。但由于其闭腔结构，通常 无法完成对化学参量的探测，比如液体折射率，空气湿度，气体浓度等。可见获得一种既能 探测化学量又能探测物理量的光纤F-P传感器显得十分必要。
[0004] 除了多功能性，感应灵敏度也是光纤F-P传感器中十分重要的性能指标。基于反 射隔膜式的F-P传感器，其感应灵敏度正比于r 4/h3(Guo F, Fink T, Han M, et al.化曲-sens itivity, high-frequency extrinsic Fabry - Perot interferometric fiber-tip sensor based on a thin silver diaphragm. Optics Letters, 2012, 37巧）：1505-1507),这里 r 是 隔膜的半径，h是反射隔膜的厚度。也就是说，反射隔膜的半径越大厚度越小，传感器的夷 敏度就越高。对于光纤F-P传感器，为了满足小型化的需要，通常反射隔膜的直径一般取决 于所用光纤的直径。因此F-P传感器的灵敏度主要由反射隔膜的厚度决定。通过合理控制 膜厚，可W实现应力、应变、加速度等物理量的测量。如2009年10月18日公开的中国专利 CN101368979 A，实现了一种基于单模光纤-光纤毛细管-实屯、光子晶体光纤的F-P加速度 传感器。在该发明中，采用了实屯、光子晶体光纤与光纤F-P腔的烙合，通过研磨降低了所烙 光子晶体光纤的长度，并且通过激光微加工的方法在实屯、光子晶体光纤的中屯、部分制作出 反射隔膜，该反射隔膜的厚度为3-20微米。但其不足之处是，通过激光微加工的方法，操作 方法复杂，成本较高。重要的该种制备方法，难W将反射隔膜的控制在微米数量级W下。当 一些微弱信号（如声波、超声波）作用于振动膜片时，很难引起振动膜片的形变。相对于纳 米数量级的反射隔膜，上述传感器的探测灵敏度和对信号的分辨率依然相对较低，无法实 现对超声/声波信号的高灵敏度的探测。另一种提高灵敏度的方法是增大反射膜的半径， 但采用该种办法必将W增大传感器的体积为代价。如2014年1月22日公开的中国专利 CN103528665 A，提出的一种法布里-巧罗MEMS声波传感器，采用准直器、SOI晶片和声敏感 薄膜设计的声波传感器，通过增大反射薄膜的半径提高灵敏度可W实现对声波的探测。但 其传感器的直径比普通单模光纤大了将近16倍。与光纤传感器相比，其体积过大，不利于 小型化传感器的需求。另外其声敏感薄膜的厚度为2-4微米，相对于纳米数量级的反射隔 膜，该传感器的探测灵敏度仍然有较大的提升空间。
[0005] 针对上述问题，迫切地需要一种体积小、低成本，制作简单，灵敏度高，能够同时实 现对化学量和物理量探测的多功能、多用途的光纤F-P传感器。
【发明内容】
[0006] 本发明针对光纤F-P传感器体积超小型化、高探测灵敏度、探测功能多样化的需 要，并考虑现有技术的不足，提供了一种基于微孔光学反射隔膜的光纤内置型F-P多功能 传感器。
[0007] 本发明通过W下技术方案实现。
[000引一种基于微孔光学反射隔膜的光纤F-P多功能传感器，包括：单模光纤、光纤毛细 管、微孔光学反射隔膜；所述光纤毛细管的一端与所述单模光纤的一端通过烙接的方式连 接，所述光纤毛细管的另一端和所述微孔光学反射隔膜通过粘接的方式连接；所述微孔光 学反射隔膜上有微孔，所述光纤毛细管的中空部分作为所述光纤F-P多功能传感器的F-P 干设腔。
[0009] 进一步地，所述微孔光学反射隔膜的厚度为100-300纳米。
[0010] 进一步地，所述微孔光学反射隔膜通过使用微孔掩模板和金属气相沉积法或金属 磁控瓣射法制备。
[0011] 本发明通过一定的连接方式将单模光纤-光纤毛细管-超薄微孔光学反射隔