耦合光纤和回音壁微腔的测量滤波装置的制作方法

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种耦合光纤和回音壁微腔的测量滤波装置。

背景技术：

在传感器领域，当将普通光纤的截面直径拉锥成小于2μm的光纤时，拉锥光纤的消逝场与回音壁微腔耦合可以激发回音壁微腔模式，因而目前通常采用拉锥光纤耦合回音壁微腔的方式来进行参量测量。但是，在耦合过程中通常需要采用二氧化碳激光器熔接或者光学胶粘接的方式，将拉锥光纤与回音壁微腔固定为一体。其中，采用二氧化碳激光器熔接时需要优化激光器能量保护拉锥光纤，采用光学胶粘接时需要保护拉锥光纤免受光学胶污染，并且这两种处理方式都将会使回音壁微腔处于过耦合状态，从而降低回音壁微腔的品质因子。另外，拉锥光纤本身的物理强度较低，并且非常容易受到环境影响，为了实现临界耦合状态，拉锥光纤与回音壁微腔之间的距离需要精细调节，且两者的间距在震动和外界溶液的作用下都会发生变化，从而影响回音壁模式的激发效率，甚至引发“跳模”。由此可见，现有耦合光纤和回音壁微腔实现测量的方式存在品质较差、稳定性较低、实现难度较大的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种耦合光纤和回音壁微腔的测量滤波装置，以解决目前耦合光纤和回音壁微腔实现测量时存在的品质差、稳定性低和实现难度较大的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种耦合光纤和回音壁微腔的测量滤波装置，包括光纤和回音壁微腔，所述回音壁微腔嵌入安放在所述光纤内并与所述光纤相交，在相交处所述回音壁微腔的底端与所述光纤的剩余纤芯之间存在间隙并与所述剩余纤芯的两侧面抵接，以使所述光纤的输入光在传输到所述间隙处时部分光环绕所述回音壁微腔传输，通过对光纤的输入光进行监控来对回音壁微腔上传输的对应参量进行测量，从而根据测量得出的对应参量对填充至所述回音壁微腔的材料的特性进行测量；通过对输入至回音壁微腔的对应参量和/或填充至回音壁微腔的材料进行调节来对光纤的输入光进行滤波调控。

在一种可选的实现方式中，所述光纤内开设有底面结构，所述底面结构沿所述光纤长度方向的两侧面等高并与所述光纤的中心轴线平行，所述回音壁微腔安放在所述底面结构上并与所述光纤相交，在相交处所述回音壁微腔的底端与所述两侧面抵接，且位于所述两侧面之间的所述光纤的剩余纤芯与所述回音壁微腔存在间隙。

在另一种可选的实现方式中，位于所述两侧面之间的剩余纤芯的上表面被制成与所述中心轴线平行并矮于所述两侧面的平面。

在另一种可选的实现方式中，位于所述两侧面之间的所述剩余纤芯的上表面被制成以纤芯圆心为圆点的内圆弧。

在另一种可选的实现方式中，所述剩余纤芯两侧设置有与所述中心轴线平行并矮于所述两侧面的平面。

在另一种可选的实现方式中，所述光纤内间隔嵌入安放有多个所述回音壁微腔，通过对输入所述光纤的光进行监控来对各个回音壁微腔上传输的对应参量进行测量，从而根据测量得出的对应参量，对应地对填充至各个回音壁微腔的材料的特性进行测量。

在另一种可选的实现方式中，所述光纤的截面直径大于2μm。

在另一种可选的实现方式中，所述间隙的最小值小于或者等于1.5μm。

在另一种可选的实现方式中，所述光纤和回音壁微腔在相交处嵌入安装在基板内的凹槽中。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过采用截面直径远大于拉锥光纤的普通光纤来激发回音壁微腔模式，可以提高装置的物理强度，从而提高装置的稳定性，由于整个装置的稳定性较好，并不会在使用过程中造成品质因子的降低，因此本发明的品质更好；通过使光纤与回音壁微腔相交，在相交处去除掉光纤的部分纤芯，可以使光纤输入光传输至相交处时有部分光溢出，通过使回音壁微腔与剩余纤芯的两侧面抵接，可以使光纤与回音壁微腔之间形成闭合回路，从而可以使溢出的部分光环绕回音壁微腔进行传输，通过使剩余纤芯与回音壁微腔之间存在间隙，可以保证光纤能够激发回音壁微腔模式；基于上述结构，本发明通过对光纤的输入光进行监控，可以实现对回音壁微腔内传输的对应参量进行测量，并且根据测量得到的对应参量可以对填充至回音壁微腔中的材料的特性进行测量；通过对回音壁微腔上传输的对应参量进行调节，可以实现对光纤输入光的滤波调控，由此本发明不仅可以作为传感器，还可以作为滤波器；

2、本发明通过使位于所述两侧面之间的所述剩余纤芯的上表面被制成以纤芯圆心为圆点的内圆弧，可以降低插入损耗；

3、本发明通过在所述剩余纤芯两侧设置有与所述中心轴线平行并矮于所述两侧面的平面，可以有利于降低纤芯裸露表面加工难度；

4、本发明通过在所述光纤内间隔嵌入安放有多个所述回音壁微腔，可以实现多个对应参量的测量；

5、本发明通过使间隙的最小值小于或者等于1.5μm，可以保证光纤能够激活回音壁微腔模式；

6、本发明通过将光纤和回音壁微腔嵌入安装在基板的凹槽内，可以提高装置的稳定性。

附图说明

图1是本发明耦合光纤和回音壁微腔的测量滤波装置的结构示意图；

图2是本发明耦合光纤和回音壁微腔的测量滤波装置的第一实施例主视图；

图3是本发明耦合光纤和回音壁微腔的测量滤波装置的第一实施例侧视图；

图4是本发明耦合光纤和回音壁微腔的测量滤波装置的第二实施例主视图；

图5是本发明耦合光纤和回音壁微腔的测量滤波装置的第二实施例侧视图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参见图1，为本发明耦合光纤和回音壁微腔的测量滤波装置的一个实施例结构示意图。该耦合光纤和回音壁微腔的测量滤波装置可以包括光纤110和回音壁微腔120，所述回音壁微腔120嵌入安放在所述光纤110内并与所述光纤110相交，在相交处所述回音壁微腔120的底端与所述光纤110的剩余纤芯111之间存在间隙并与剩余纤芯111两侧的平面抵接，以使所述光纤110的输入光在传输至所述间隙处时部分光环绕所述回音壁微腔120传输，通过对所述光纤110的输入光进行调节来对所述回音壁微腔120上传输的对应参量进行测量，从而根据测量得出的对应参量对填充至回音壁微腔120的材料的特性进行测量；通过对输入至回音壁微腔120的对应参量和/或填充至所述回音壁微腔120的材料进行调节来对所述光纤110的输入光进行滤波调控。

本实施例中，该光纤110可以为普通光纤，其截面直径通常远大于2μm，例如截面直径为62.5μm。由于本发明采用的普通光纤的直径远远大于拉锥光纤的截面直径，普通光纤的物理强度远高于拉锥光纤的物理强度，因此本发明整个装置的物理强度得到了提高，稳定性更好。另外，光纤110与回音壁微腔120垂直相交，在相交处光纤110的部分纤芯将会被加工处理掉，这样当光纤110的输入光传输到相交处时才会有部分光溢出。在相交处剩余纤芯111的两侧存在两侧面，回音壁微腔120的底端与该两侧面抵接，这样回音壁微腔120与光纤110相交处将形成一个闭合回路，溢出的部分光才会环绕回音壁微腔120传输。此外，本发明通过在闭合回路中剩余纤芯111与回音壁微腔120之间设置一定间隙，可以保证光纤能够激发回音壁微腔模式。为了进一步保证光纤能够激发回音壁微腔模式，所述剩余纤芯111与所述回音壁微腔120的最短距离d小于或者等于1.5μm。为了提高装置的稳定性，本发明可以将光纤和回音壁微腔的相交处嵌入安装在基板130内的凹槽中。当需要对多个回音壁微腔上传输的对应参量进行测量时，所述光纤110内可以间隔嵌入安放多个所述回音壁微腔120，形成二维传感阵列，通过对输入所述光纤110的光进行监控来对各个回音壁微腔120上传输的对应参量进行测量，从而根据测量得出的对应参量，对应地对填充至各个回音壁微腔的材料的特性进行测量。

当需要对输入至回音壁微腔的对应参量(诸如电流、电压等)进行测量时，可以向光纤110输入光，当光传输至间隙处时部分光会环绕回音壁微腔120进行传输，该部分光与回音壁微腔120上传输的对应参量相互作用，通过对光纤110的输出光进行监测，可以测量出回音壁微腔120上传输的对应参量的大小。由于当回音壁微腔120中填充的材料类型和多少等不同时，即便向回音壁微腔120输入相同的参量，回音壁微腔120上传输的对应参量也不会相同，因此在测量出回音壁微腔120上传输的对应参量后，可以实现回音壁微腔120中填充材料的特性测量。例如，当向回音壁微腔120两端施加预设大小的电压，通过对光纤的输出光监测获得回音壁微腔120上传输的电流大小后，可以根据施加的电压和测量出的电流确定填充至回音壁微腔120中的材料的电阻值大小。

另外，由于光纤110中部分纤芯会被加工处理掉，因此光纤110的输出光与输入光将不相同，光纤110中部分纤芯的去除，相当于实现了光纤110输入光的滤波。由于在间隙130处光纤110上传输的部分光会环绕回音壁微腔120进行传输，因此回音壁微腔120上传输的对应参量将会对光纤110上传输的光产生一定的影响，从而对光纤110的滤波效果产生一定的影响。由于回音壁微腔120上传输的对应参量大小不仅与输入回音壁微腔120的对应参量大小有关，还与回音壁微腔120中填充的材料有关，因此当需要对输入光纤110的光进行滤波调节时，可以向回音壁微腔120中输入对应的参量，并对对应的参量和/或回音壁微腔120中填充的材料(诸如材料类型和多少等)进行调节，从而实现光纤滤波效果的调节。

由上述实施例可见，本发明通过采用截面直径远大于拉锥光纤的普通光纤来激发回音壁微腔模式，可以提高装置的物理强度，从而提高装置的稳定性，由于整个装置的稳定性较好，并不会在使用过程中造成品质因子的降低，因此本发明的品质更好；通过使光纤与回音壁微腔相交，在相交处去除掉光纤的部分纤芯，可以使光纤输入光传输至相交处时有部分光溢出，通过使回音壁微腔与剩余纤芯的两侧面抵接，可以使光纤与回音壁微腔之间形成闭合回路，从而可以使溢出的部分光环绕回音壁微腔进行传输，通过使剩余纤芯与回音壁微腔之间存在间隙，可以保证光纤能够激发回音壁微腔模式。基于上述结构，本发明通过对光纤的输入光进行调节，可以实现回音壁微腔上传输的对应参量测量，并且根据测量得到的对应参量可以对填充至回音壁微腔中的材料的特性进行测量；通过对回音壁微腔上传输的对应参量进行调节，可以实现对光纤输入光的滤波调控，由此本发明不仅可以作为传感器，还可以作为滤波器。

参见图2和3，依次为本发明耦合光纤和回音壁微腔的测量滤波装置的第一实施例主视图和侧视图。该耦合光纤和回音壁微腔的测量滤波装置可以包括光纤110和回音壁微腔120，在光纤110内开设有底面结构140，所述底面结构140沿所述光纤110长度方向的两侧面141与所述光纤110的中心轴线平行且等高，所述回音壁微腔120嵌入安放在所述光纤110内的底面结构140上并与所述光纤110相交，在相交处回音壁微腔120的底端与所述两侧面141抵接，且位于所述两侧面141之间的光纤110的剩余纤芯111与回音壁微腔120之间存在间隙。其中位于两侧面141之间的剩余纤芯111的上表面可以被制成与纤芯111中心轴线平行并矮于两侧面141的平面。

本实施例中，在制作本发明装置时，可以首先采用抛磨或者刻蚀技术将光纤110的一部分制成底面与纤芯111中心轴线平行的d型结构，在制作d型结构时将抛磨或刻蚀掉部分纤芯，以使底面中心位置处的纤芯上表面为与纤芯111中心轴线平行的平面。接着采用抛磨、刻蚀或者微纳加工技术对底面中心位置处的纤芯表面进行处理，以使底面中心位置处的纤芯表面仍与纤芯中心轴线平行，但矮于其两侧面141。

由上述实施例可见，本发明通过采用截面直径远大于拉锥光纤的普通光纤来激发回音壁微腔模式，可以提高装置的物理强度，从而提高装置的稳定性，由于整个装置的稳定性较好，并不会在使用过程中造成品质因子的降低，因此本发明的品质更好；通过使光纤与回音壁微腔相交，在相交处去除掉光纤的部分纤芯，可以使光纤输入光传输至相交处时有部分光溢出，通过使回音壁微腔与剩余纤芯的两侧面抵接，可以使光纤与回音壁微腔之间形成闭合回路，从而可以使溢出的部分光环绕回音壁微腔进行传输，通过使剩余纤芯与回音壁微腔之间存在间隙，可以保证光纤能够激发回音壁微腔模式。基于上述结构，本发明通过对光纤的输入光进行监控，可以实现回音壁微腔上传输的对应参量或物质测量，并且根据测量得到的对应参量可以对填充至回音壁微腔中的材料的特性进行测量；通过对回音壁微腔上传输的对应参量进行调节，可以实现对光纤输入光的滤波调控，由此本发明不仅可以作为传感器，还可以作为滤波器。

参见图4和5，依次为本发明耦合光纤和回音壁微腔的测量滤波装置的第二实施例的主视图和侧视图。该耦合光纤和回音壁微腔的测量滤波装置可以包括光纤110和回音壁微腔120，在光纤110内开设有底面结构140，所述底面结构140沿所述光纤110长度方向的两侧面141与所述光纤110的中心轴线平行且等高，所述回音壁微腔120嵌入安放在所述光纤110内的底面结构140上并与所述光纤110相交，在相交处回音壁微腔120的底端与所述两侧面141抵接，且位于所述两侧面141之间的光纤110的剩余纤芯111与回音壁微腔120之间存在间隙。其中，位于两侧面141之间的剩余纤芯111的上表面可以被制成以纤芯111圆心为圆点的内圆弧。

本实施例中，在制作本发明装置时，可以首先采用抛磨或者刻蚀技术将光纤110的一部分制成底面与纤芯111中心轴线平行的d型结构，在制作d型结构时沿着与纤芯相切的方向仅对光纤的包层进行抛磨或者刻蚀，从而形成底面与纤芯相切的d型结构。接着可以在位于纤芯两侧，选定的距离纤芯相同的位置处(此位置与纤芯中心轴线的水平距离小于或者等于纤芯半径)，采用微纳加工技术对光纤的包层做进一步加工，直至d型结构下方的纤芯表面露出。在露出纤芯表面后进一步对裸露的纤芯进行加工，以使纤芯的裸露表面的厚度被消减掉d(d小于或者等于1.5μm)，从而使纤芯的裸露表面形成以纤芯圆心为圆点的内圆弧。

在制成d型结构，选定距离纤芯相同的位置对光纤的包层做进一步加工时，也可以使选定位置与纤芯中心轴线的水平距离大于纤芯半径(此时对光纤包层进一步抛磨或者刻蚀的深度应小于纤芯的直径)，这样在对包层做进一步加工时需要使加工深度小于纤芯的直径，并且当加工深度到达预设的深度时再沿着水平方向进行加工直至接触到纤芯，之后对纤芯表面覆盖的包层进行剥离，直至d型结构下方的纤芯表面露出，这样当纤芯被进一步加工后，其剩余纤芯两侧将形成与中心轴线平行并矮于两侧面141的平面，从而在剩余纤芯两侧形成一定的回旋空间。由于如果要使纤芯的裸露表面被制成以纤芯圆心为圆点的内圆弧，则需要从各个不同方向沿着圆心方向对纤芯表面进行加工，因此在纤芯裸露表面周围设置一定的回旋空间，有利于降低纤芯裸露表面加工难度。由于相比于图2和图3所示第一实施例，本实施例中剩余纤芯更多，因此本实施例可以进一步降低插入损耗。

由上述实施例可见，本发明通过采用截面直径远大于拉锥光纤的普通光纤来激发回音壁微腔模式，可以提高装置的物理强度，从而提高装置的稳定性，由于整个装置的稳定性较好，并不会在使用过程中造成品质因子的降低，因此本发明的品质更好；通过使光纤与回音壁微腔相交，在相交处去除掉光纤的部分纤芯，可以使光纤输入光传输至相交处时有部分光溢出，通过使回音壁微腔与剩余纤芯的两侧面抵接，可以使光纤与回音壁微腔之间形成闭合回路，从而可以使溢出的部分光环绕回音壁微腔进行传输，通过使剩余纤芯与回音壁微腔之间存在间隙，可以保证光纤能够激发回音壁微腔模式。基于上述结构，本发明通过对光纤的输入光进行调节，可以实现回音壁微腔上传输的对应参量测量，并且根据测量得到的对应参量可以对填充至回音壁微腔中的材料的特性进行测量；通过对回音壁微腔上传输的对应参量进行调节，可以实现对光纤输入光的滤波调控，由此本发明不仅可以作为传感器，还可以作为滤波器。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。