一种制备微痕锥形光纤传感探头的蚀刻液的制作方法

本发明属于传感器制作领域，具体涉及一种制备微痕锥形光纤传感探头的蚀刻液。

背景技术：

锥形光纤传感探头具备信号收集效率高的优点，在传感领域应用广泛。在制作基于锥形光纤探头的传感器时，一般需要将柱状光纤的一端通过湿法蚀刻减少到一定的直径，并形成一定的锥角，如图1所示，由图1可以看出，所述锥形光纤传感探头的表面平整度很低。

传统二氧化硅锥形光纤传感探头的制备，大多直接使用40％的氢氟酸直接蚀刻，这种方法制备所得到的传感光纤，在扫描电子显微镜(sem)下观察可以看出，表面分布有大量细小孔洞、平整度低，如图2所示。一个优秀的传感元件，其界面应该是平整的、稳定的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种制备微痕锥形光纤传感探头的蚀刻液，可以但不限于用于二氧化硅光纤传感部件的制备。

本发明所提供的制备微痕锥形光纤传感探头的蚀刻液，由强酸和氢氟酸构成，其中，所述氢氟酸为40％氢氟酸(暨市售分析纯氢氟酸)；

所述强酸包括但不限于硫酸、硝酸(暨市售分析纯硫酸或硝酸)。

所述强酸与氢氟酸的体积比为10～40：100，如10ml的氢氟酸中，加入1～4ml的强酸。

所述蚀刻液的实际使用温度可为10℃～40℃。

本发明还提供一种利用上述蚀刻液制备微痕锥形光纤传感探头的方法。

所述制备微痕锥形光纤传感探头的方法，包括：

将去除保护层的光纤的一端垂直浸入上述蚀刻液，一段时间后取出光纤，用去离子水洗净，再除去上部的光纤包层，即得微痕锥形光纤传感探头。

本发明中将一定体积的强酸加入到原40％氢氟酸蚀刻体系，减少传统传感元件制备方法所造成的锥形光纤传感探头表面平整度低的问题。

传统二氧化硅锥形光纤传感探头的制备，大多直接使用氢氟酸进行蚀刻。时至今日，因氢氟酸溶液本身的电离组分就存在争议，二氧化硅与氢氟酸的实际反应机理仍不为所知。绝大多数研究认为，二氧化硅与氢氟酸直接反应，会产生一定量的不溶性氟硅酸盐吸附于二氧化硅的表面，使得表面粗糙并阻碍二氧化硅与氢氟酸进一步反应。

针对以上的问题和挑战，本发明提供了上述制备微痕锥形光纤传感探头的蚀刻液。

经过一系列表征，上述蚀刻液配比合理，制备出的锥形光纤传感探头的品质优良、均匀性好。

在传统的40％氢氟酸体系中加入一定浓度的强酸进行蚀刻。经sem观察，使用此种方法得到的锥形光纤传感探头界面只有极其微小的腐蚀痕迹，平整度明显提高

附图说明

图1为锥形光纤传感探头的示意图，其中，l＝8.6cm，r＝600μm，r＝220μm，h1＝3.3cm，h2＝0.2cm，h3＝5.1cm。

图2为通过传统40％氢氟酸蚀刻方法制备的锥形光纤传感探头的sem图。

图3为使用本发明所述蚀刻液制备微痕光纤传感探头的示意图，(左：蚀刻前；右：蚀刻后)。

图4为使用本发明蚀刻液制备的锥形光纤传感探头的sem图。

图5为对比例1中加入强酸的量少于10％，蚀刻后的sem图。

图6为对比例2中加入强酸的量多于40％，蚀刻后的sem图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

(1)制作待泡制的光纤

首先，将原有的带有保护包层的光纤，用刀片从一端削去3.5cm的保护层。

(2)光纤传感元件蚀刻液的制备

在一定体积的氢氟酸中，加入占氢氟酸总体积10％～40％的强酸(硝酸或硫酸或者两者的混合物)。如10ml的氢氟酸中，加入1～4ml的强酸。

(3)光纤传感元件的制备与检测

将削去3.5cm护层的光纤，裸光纤一端，垂直浸入本发明所述蚀刻液中，液面没过裸光纤与保护层的界限3～5mm，如图3所示。待一段时间后取出光纤，用去离子水洗净。再除去上部的光纤包层。此时得到的暨制作完成的锥形光纤传感探头，如图1所示。在sem下观察可见，如图4所示。其表面极其光滑，说明本发明能够提供一个平整、微痕、稳定、均匀性好的锥形光纤传感探头。

对比例1

参照实施例的操作，步骤(2)中加入的强酸的体积少于氢氟酸体积的10％(如8％、5％等)，蚀刻后的sem图见图5。由图5可知：当加入的强酸的体积少于氢氟酸体积的10％时，光纤表面会产生一定轻微的蚀刻痕迹。

对比例2

参照实施例的操作，步骤(2)中加入的强酸的体积多于氢氟酸体积的40％(如45％、50％等)，蚀刻后的sem图见图6。由图6可知：当加入的强酸体积多于氢氟酸体积的40％时，光纤表面会产生非常明显的蚀刻痕迹。

技术特征：

技术总结
本发明提供一种制备微痕锥形光纤传感探头的蚀刻液。所述蚀刻液由强酸和氢氟酸构成，其中所述氢氟酸为40％氢氟酸；所述强酸包括但不限于硫酸、硝酸；所述强酸的体积占氢氟酸体积的10％～40％。本发明中将一定体积的强酸加入到原40％氢氟酸蚀刻体系，减少传统传感元件制备方法所造成的锥形光纤传感探头表面平整度低的问题。

技术研发人员：周小红;朱锡宇;施汉昌;何苗;王若瑜
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2017.05.25
技术公布日：2017.08.18