一种基于微纳光纤环的折射率传感器及其封装方法与流程

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种基于微纳光纤环的折射率传感器及其封装方法。

背景技术：

当光纤的直径尺度达到微纳量级，形成微纳光纤时，光纤的模场分布将发生显著变化，一定比例的光场将会在光纤的物理边界之外以倏逝场的形式传播。此时，如果将微纳光纤置于被测介质样本(一般为液体或者气体)中，使介质样本成为微纳光纤的包层，由于倏逝场的作用，介质样本折射率的改变将会引起微纳光纤的光传输特性变化。检测这一变化，就可以反推得到待测介质的折射率。根据这一物理效应，可设计出不同结构的微纳光纤折射率传感器，例如微纳光纤环结构、微纳光纤干涉仪结构、微纳光纤耦合器结构等。

但是，微纳光纤长期使用会出现降质现象，具体表现为光纤的传输损耗越来越大。这源于两方面的因素：(1)机械性能较差。微纳光纤的直径很小，轻微的震动或气流流动就有可能导致微纳光纤的机械性能衰减，如表面出现裂纹等而产生降质问题；(2)易受污染。微纳光纤为裸光纤，空气中的微尘固体颗粒很容易黏附在光纤表面，造成部分传输光发生散射。并且，空气中的水汽、氢气等会通过复杂的化学反应形成氢氧键，扩散到微纳光纤内部，对部分光发生吸收，最终导致微纳光纤的传输损耗增加。对基于微纳光纤的光学器件或传感器而言，降质问题会导致所制作器件的稳定性较差，实用化程度低。

技术实现要素：

本发明实施例提供基于微纳光纤环的折射率传感器及其封装方法，以解决微纳光纤降质，影响微纳光纤折射率传感器稳定性的问题。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种基于微纳光纤环的折射率传感器，包括：

腔体；

基底，所述基底设置在所述腔体内；

微纳光纤环，所述微纳光纤环固定在所述基底上，所述微纳光纤环表面形成有涂覆层。

进一步的，所述涂覆层的厚度为400纳米-600纳米。

进一步的，所述涂覆层采用涂覆溶液涂覆在所述微纳光纤环表面而制成。

进一步的，所述涂覆溶液的折射率为1.31，黏度系数为5cps。

进一步的，所述涂覆溶液为特氟龙溶液。

第二方面，本发明实施例提供一种基于微纳光纤环的折射率传感器的封装方法，包括：

将微纳光纤环浸没到涂覆溶液中，并以预设速度将所述微纳光纤环从所述涂覆溶液中提拉出来，以在所述微纳光纤环表面形成涂覆层；

将带有所述涂覆层的所述微纳光纤环固定在基底上，并密封于腔体内；

将待测介质从所述微型腔预设的开口灌注到所述腔体内，以使所述待测介质与所述微纳光纤环接触。

进一步的，所述将微纳光纤环浸没到涂覆溶液中，并以预设速度将所述微纳光纤环从所述涂覆溶液中提拉出来，以在所述微纳光纤环表面形成涂覆层的步骤，包括：

将所述微纳光纤环浸没到涂覆溶液中；

以预设速度将所述微纳光纤从所述涂覆溶液中垂直提拉出来，所述预设速度的取值范围为18毫米/分钟-22毫米/分钟；

静置所述微纳光纤环，直到所述微纳光纤环表面附着的所述涂覆溶液中的溶剂完全挥发，以在所述微纳光纤环表面形成涂覆层。

进一步的，所述涂覆层的厚度为400纳米-600纳米。

进一步的，所述涂覆溶液的折射率为1.31，黏度系数为5cps。

进一步的，所述涂覆溶液为特氟龙溶液。

在本发明实施例提供的基于微纳光纤环的折射率传感器，在微纳光纤环表面形成有涂覆层，能够很好地保护微纳光纤环，既增强了微纳光纤的机械性能，又隔离了外界环境的干扰，能够消除微纳光纤的降质现象，保持其稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的基于微纳光纤环的折射率传感器的主视图；

图2是图1所示的基于微纳光纤环的折射率传感器的截面图；

图3是本发明实施例提供的基于微纳光纤环的折射率传感器的封装方法的一流程示意图；

图4是本发明实施例提供的基于微纳光纤环的折射率传感器的封装方法的另一流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明一实施例提供的基于微纳光纤环的折射率传感器的结构图，如图1、图2所示，本实施例提供一种基于微纳光纤环3的折射率传感器，包括：腔体1、基底2和微纳光纤环3。所述基底2设置在所述腔体1内；所述微纳光纤环3固定在所述基底2上，所述微纳光纤环3表面形成有涂覆层4。

腔体1采用玻璃腔体，基底2也采用玻璃基底。在腔体1中还灌注了待测介质5，腔体1中的待测介质5与微纳光纤环3充分接触。涂覆层4采用涂覆溶液涂覆在所述微纳光纤环3表面而制成。例如，将微纳光纤环3浸没到涂覆溶液中，然后将所述微纳光纤环3从所述涂覆溶液中提拉出来，将微纳光纤环3静置一段时间后，微纳光纤环3表面附着的所述涂覆溶液中的溶剂完全挥发，在所述微纳光纤环3表面形成涂覆层4。

涂覆层4的厚度控制在亚微米量级，例如涂覆层4的厚度为400纳米-600纳米，优选为500纳米，这样封装后的微纳光纤仍旧有较大比例的倏逝场能量与待测介质5充分作用，从而保证传感器的测量灵敏度。

在制作涂覆层4时，为了获得较小的成膜厚度(即涂覆层4的厚度)，应该选择密度大、黏度低、挥发速度快的涂覆溶液，并且尽量减小微纳光纤环3从涂覆溶液中提拉出来的提拉速度，优选的，涂覆溶液的折射率为1.31，黏度系数为5cps，例如特氟龙溶液，该溶液具有较强的挥发性，折射率为1.31，黏度系数为5cps。另外，提拉速度取值范围为18毫米/分钟-22毫米/分钟，优选为20毫米/分钟。

本实施例提供的基于微纳光纤环3的折射率传感器，在微纳光纤环3表面形成有涂覆层4，能够很好地保护微纳光纤环3，既增强了微纳光纤的机械性能，又隔离了外界环境的干扰，能够消除微纳光纤的降质现象，保持其稳定性。同时，由于涂覆层4的厚度为亚微米量级，不会导致大比例的倏逝场能量进入涂覆层4，进入待测介质5的倏逝场能量仍旧占有较大比例，从而保证传感器的测量灵敏度。

图3是本发明一实施例提供的基于微纳光纤环的折射率传感器的封装方法的流程图，如图3所示，本实施例提供的一种基于微纳光纤环的折射率传感器的封装方法，包括：

步骤101、将微纳光纤环浸没到涂覆溶液中，并以预设速度将所述微纳光纤环从所述涂覆溶液中提拉出来，以在所述微纳光纤环表面形成涂覆层。

首先将制作好的微纳光纤环的输入端口和输出端口并在一起，然后以恒定的速度将微纳光纤环浸没到涂覆溶液中，并停留几分钟，使得涂覆溶液完全将微纳光纤环包覆起来。

然后以恒定的预设速度将微纳光纤环从涂覆溶液中缓慢、垂直提拉出来。

步骤102、将带有所述涂覆层的所述微纳光纤环固定在基底上，并密封于腔体内。

将带有涂覆层的微纳光纤环固定在玻璃基底上，并密封于微型玻璃腔(即腔体)内。

步骤103、将待测介质从所述微型腔预设的开口灌注到所述腔体内，以使所述待测介质与所述微纳光纤环接触。

微型玻璃腔上预设有开口，该开口可为一小孔，从小孔将待测介质灌注到腔体内，使介质与微纳光纤环充分接触。

本实施例提供的基于微纳光纤环的折射率传感器的封装方法，在微纳光纤环表面形成有涂覆层，能够很好地保护微纳光纤环，既增强了微纳光纤的机械性能，又隔离了外界环境的干扰，能够消除微纳光纤的降质现象，保持其稳定性。

进一步的，步骤101，具体包括：

将所述微纳光纤环浸没到涂覆溶液中；以预设速度将所述微纳光纤从所述涂覆溶液中垂直提拉出来，所述预设速度的取值范围为18毫米/分钟-22毫米/分钟；静置所述微纳光纤环，直到所述微纳光纤环表面附着的所述涂覆溶液中的溶剂完全挥发，以在所述微纳光纤环表面形成涂覆层。

首先将制作好的微纳光纤环的输入端口和输出端口并在一起，然后以恒定的速度将微纳光纤环浸没到涂覆溶液中，并停留几分钟，使得涂覆溶液完全将微纳光纤环包覆起来。

然后以恒定的预设速度将微纳光纤环从涂覆溶液中缓慢、垂直提拉出来。为了获得较小的成膜厚度(即涂覆层的厚度)，应选择密度大、黏度低、挥发速度快的涂覆溶液，并且尽量减小提拉速度，在本实施例中，选择的涂覆溶液的折射率为1.31，黏度系数为5cps，优选特氟龙溶液。该溶液具有较强的挥发性，折射率为1.31，黏度系数为5cps。另外，提拉速度取值范围为18毫米/分钟-22毫米/分钟钟分钟，优选为20毫米/分钟。

涂覆层的厚度控制在亚微米量级，例如涂覆层的厚度为400纳米-600纳米，优选为500纳米，这样封装后的微纳光纤仍旧有较大比例的倏逝场能量与待测介质充分作用，从而保证传感器的测量灵敏度。当涂覆层厚度为500纳米时，折射率传感器的稳定性维持时间大于6个月，折射率测量精度为10^-5riu。

如图4所示，图中标号a、b、c所示分别为浸渍、提拉和静置(即待涂覆溶液挥发)步骤示意图，其中，标号6所示为特氟龙溶液，标号7所示为微纳光纤。

本实施例提供的基于微纳光纤环的折射率传感器的封装方法，不仅操作简单，能够很好地保护微纳光纤，解决了微纳光纤的降质问题，而且只要通过控制浸渍提拉过程中的工艺参数，就可以将微纳光纤表明的涂覆层厚度控制在亚微米量级，封装后的微纳光纤仍旧有较大比例的倏逝场能量与待测介质充分作用，从而保证了传感器的测量灵敏度。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。