一种基于飞秒激光的光纤探针式微流道超短布拉格光栅制备方法

本发明属于光纤器件制作，涉及一种基于飞秒激光的光纤探针式微流道超短布拉格光栅（ultra-short fiber bragg grating，ultra-short fbg）制备方法。

背景技术：

1、光纤传感器凭借自身的质量轻、结构紧凑、抗腐蚀、抗电磁干扰等特点，与传统的电子传感器相比在一些领域表现出了明显的优势，如人体疾病检测、海洋复杂难测参数检测、电场测量等。目前研究最多的全光纤传感器主要为干涉型光纤传感器和光纤光栅传感器，其中干涉型光纤传感器可以分为法布里-珀罗干涉仪、马赫曾德尔干涉仪、萨格纳克干涉仪和迈克尔逊干涉仪，光纤光栅传感器可以分为长周期光纤光栅和布拉格光纤光栅。在2003年， s. j. mihailov 等人首次在非敏化的普通通信光纤中采用相位掩模板法，与800nm ir 飞秒激光相结合，成功刻写 fbg。在2004年， a. martinez 等人首次利用逐点写入法，与ir 飞秒激光相结合，在非敏通信单模光纤中分别刻写了一阶、二阶和三阶的 fbg。光纤布拉格光栅是一种非常重要的光纤器件，与其它类型的光纤传感器相比更加易于解调、稳定性更佳，在光纤传感、光纤通信等领域有着重要的应用。传统的制备fbg是通过紫外光透过掩膜板辐照光纤实现的，该制备方法的灵活性比较差，随着飞秒激光的发展，采用飞秒激光直写fbg的方式逐渐成熟。但是这两种方式制备的fbg长度一般超过2000微米，fbg在折射率测量时，很难实现点式测量且灵敏度不高。在实际应用中，如人体细胞检测，传感器既要尺寸紧凑，又要灵敏度高和稳定性强。因此，如何简单、高效的制备结构紧凑、高灵敏度的光纤布拉格光栅，已成为光纤fbg器件制作技术领域的一个重点研究方向。

技术实现思路

1、本发明解决了光纤fbg制作困难，体积较大、灵敏度低等问题，提出了一种结构紧凑、高灵敏度、可批量生产、性能稳定的基于微型探针的超短光纤布拉格光栅，在基于光栅的光纤传感器的生产及应用过程中起着至关重要的作用。采用单模光纤拉锥、放电熔接及飞秒激光刻蚀微流道方法制作基于微型探针的超短fbg。微型探针的尺寸可以通过调节熔接机的放电强度、放电时间、放电次数，两侧电极的移动时间、移动距离得以控制。微型探针中刻写的超短fbg的周期和周期的个数可以通过调节飞秒激光的刻写路径得以控制。该方法具有制备重复性高、操作简单、设计灵活的优点。

2、本发明的具体技术方案为：

3、一种基于飞秒激光的光纤探针式微流道超短布拉格光栅制备方法，包括如下步骤：

4、（1）在单模光纤的轴向中心处放电、拉锥并熔断，得到两个单侧锥形光纤；

5、（2）将左侧锥形光纤替换为单模光纤，调整单侧锥形光纤和单模光纤的位置，放电熔接，在单模光纤的端面出现微型探针；

6、（3）带有微型探针的单模光纤被放置在飞秒激光的三维移动平台上，设置飞秒激光的功率、频率、波长和激光焦点移动路径，将微型探针尖端斜切成45°角，调整飞秒激光参数，构成超短fbg的微流道被刻蚀在微型探针中，得到目标参数的基于微型探针的超短光纤布拉格光栅。

7、上述步骤（1）、（2）中所述的放电操作和步骤（2）中所述的位置调整是通过熔接机完成的。上述步骤（3）中所述的微型探针尖端被斜切成45°角和构成超短fbg的微流道被刻蚀在微型探针中，是通过飞秒激光完成的。

8、本发明具有以下有益效果：

9、（1）本发明中利用熔接机进行拉锥及熔锥，放电强度、放电时间、放电次数，两侧电极的移动距离均可以通过程序灵活控制。

10、（2）本发明中利用飞秒激光将微型探针尖端斜切成45°角，有效防止了引入不必要的干涉。

11、（3）本发明中利用飞秒激光将构成超短fbg的微流道刻蚀在微型探针中，光纤光栅的周期及周期个数可控，程序控制激光焦点移动路径，制备重复性极高。

技术特征：

1.一种基于飞秒激光的光纤探针式微流道超短布拉格光栅制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于飞秒激光的光纤探针式微流道超短布拉格光栅制备方法，其特征在于，步骤（1）、（2）中所述的放电操作和步骤（2）中所述的位置调整是通过熔接机完成的。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于飞秒激光的光纤探针式微流道超短布拉格光栅制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的微型探针尖端被斜切成45°角和构成超短fbg的微流道被刻蚀在微型探针中，是通过飞秒激光完成的。

技术总结
本发明属于光纤器件制作技术领域，公开了一种基于飞秒激光的光纤探针式微流道超短布拉格光栅（ultra‑short fiber Bragg grating，ultra‑short FBG）制备方法。采用单模光纤拉锥、放电熔接及飞秒激光刻蚀微流道方法制作基于微型探针的超短FBG。微型探针的尺寸可以通过调节熔接机的放电强度、放电时间、放电次数，两侧电极的移动时间、移动距离得以控制。微型探针中刻蚀的超短FBG的周期和周期的个数可以通过调节飞秒激光焦点的移动路径得以控制。该方法可得到结构紧凑、可批量生产、性能稳定的基于微型探针的超短光纤布拉格光栅，在基于光纤布拉格光栅式光纤传感器的生产及应用过程中起着至关重要的作用。该方法可以避免使用特种光纤，降低了光纤器件的制备成本。该方法可以根据应用领域的不同，制备不同直径、不同长度的微型探针以及不同周期和不同周期个数的超短FBG。此外，基于微型探针的超短FBG可以用于折射率、高温、湿度等参数探测。

技术研发人员：陈茂庆,贺同月,赵勇
受保护的技术使用者：东北大学秦皇岛分校
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13