光纤法珀气泡腔传感器的制作方法

本实用新型属于光纤传感技术领域，特别是涉及一种光纤法珀气泡腔传感器。

背景技术：

光纤传感具有微型化，抗电磁干扰，耐腐蚀，可测量物理量多的特点，在工程技术和科学研究上都有广泛的研究和应用。其测量对象有：位移，压力，应变，电流，电压，气体，振动，加速度等等。基于光纤的传感器种类繁多，有法布里玻罗传感器，布拉格光栅传感器，马赫增德尔干涉传感器，长周期光纤光栅传感器等，其中法布里玻罗传感器里有一类光纤法珀气泡腔传感器，它的特点是在光纤的包层里有一个空气泡，在光纤轴向的气泡的两个侧面形成一个法珀腔，这样的光纤法珀气泡腔经常用来传感应力、应变两个物理量。和其他的光纤传感器相比，在应力和应变的传感上，光纤法珀气泡腔传感器具有较高的灵敏度以及极小的温度交叉灵敏性。

传统的光纤法珀气泡腔的制作，主要是用各种加工方法在光纤端面产生缺陷再熔接两个光纤，或者使用光子晶体这样的特种光纤或者玻璃管和光纤熔接，从而在内部制备出气泡。由于应力和应变的灵敏度和气泡腔的侧壁的横截面积有关，横截面积越小，灵敏度越高，所以传统的光纤主要是通过增大气泡腔的内侧壁直径来减小横截面积，而外壁的尺寸大小是无法调控的，所以限制了气泡腔侧向横截面积的进一步减小，从而限制了应力、应变传感精度的进一步提高。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种光纤法珀气泡腔传感器。

根据本实用新型的一方面，提供一种光纤法珀气泡腔传感器，包括一根光纤，在所述光纤的内部埋有一个气泡，所述气泡构成光纤法珀气泡腔，其中，包埋有气泡的光纤段直径小于未包埋气泡的光纤段直径，所述包埋有气泡的光纤段被去掉至少部分侧壁。

在进一步的实施方案中，所述气泡是长方体结构、椭球体结构或球体结构。

在进一步的实施方案中，所述气泡的结构用于形成双光束干涉。

在进一步的实施方案中，所述未包埋气泡的光纤段段直径为去掉涂覆层的包层直径。

在进一步的实施方案中，所述光纤包括第一光纤和第二光纤，第一光纤包括第一端面，第二光纤包括第二端面，所述第一端面和第二端面对接后形成中空的所述气泡。

在进一步的实施方案中，所述第一端面和第二端面至少有部分具有凹面结构，以在对接后形成中空的所述气泡。

在进一步的实施方案中，所述第一光纤和第二光纤各自选择：单模光纤，多模光纤，或光子晶体光纤。

在进一步的实施方案中，所述第一光纤和第二光纤选择相同的光纤，或者不同的光纤。

本实用新型的有益效果是：现有的技术主要通过增大光纤气泡腔的内壁的直径来减小光纤气泡腔的横截面积。而本实用新型的技术，在现有技术的基础上，同时还通过减小光纤气泡腔的外壁直径大小，使得光纤气泡腔的侧壁横截面面积大幅减小，从而提高了光纤腔的应力和应变的灵敏度。

附图说明

图1是本实用新型实施例的光纤法珀气泡腔传感器的过光纤中轴线的剖面示意图。其中(a)是第一光纤(即引导光纤)，(b)是第二光纤，(c)是光纤法珀气泡腔。

图2是图1所述传感器的气泡腔的横截面示意图，其中D1是未包埋气泡的光纤段直径，即光纤的包层直径，D2是光纤包层去掉部分外壁厚度后的直径，D3是光纤法珀气泡腔的内直径。

图3A和图3B是一种实施方式中的光纤尾端的侧壁结构剖面示意图和俯视图，其中D1是未包埋气泡的光纤段直径，即光纤包层的直径，D2是端面圆形的直径。

图4A和图4B是另一种实施方式中的光纤尾端的凹球面结构剖面示意图和俯视图，其中D1是未包埋气泡的光纤段直径，即光纤包层直径，D2是凹球面圆槽的直径。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的详细说明。以下是通过具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型也可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可针对不同观点与应用，在不脱离本创作的精神下进行各种修饰与变更。

其次，本实用新型中所使用的序数例如“第一”、“第二”等用词，以修饰本申请所涉及的组件，其本身并不意味及代表该请求组件有任何之前的序数，也不代表某一请求组件与另一请求组件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一请求组件得以和另一具有相同命名的请求组件能作出清楚区分。

根据本实用新型的基本构思，提供一种光纤法珀气泡腔传感器，包括一根光纤，在所述一根光纤的内部埋有一个气泡，所述气泡构成光纤法珀气泡腔，其中，包埋有气泡的光纤段直径小于未包埋气泡的光纤段直径。所述光纤法珀气泡腔在结构上的特点是气泡腔的侧壁的外直径小于光纤的直径，也就是说通过减小气泡腔外侧的直径，减小气泡腔的横截面积，从而提高应力和应变的传感灵敏度。

本实用新型实施例提供一种光纤法珀气泡腔传感器，如图1所示，为所述传感器的过光纤中轴线的剖视图，其中(a)是第一光纤(即引导光纤)，(b)是第二光纤，(c)是光纤内的气泡。所述第一光纤的第一端面，气泡，以及第二光纤的第二端面组成封闭的光纤法珀气泡腔结构。所述光纤气泡腔的侧壁的外直径小于光纤包层的直径。如图2所示，为所述传感器的过法珀气泡腔的侧向横截面的剖视图，其中D1是未包埋气泡的光纤段直径(即光纤包层的直径)，D2是包埋有气泡的光纤段直径，D3是光纤法珀气泡腔的侧壁的内直径。所述气泡腔的侧壁的横截面积为π(D2²-D3²)/4。而传统的气泡腔由于没有对气泡腔的外壁进行去除处理，假设其光纤直径为D1，内侧壁直径为D3，其侧壁的横截面积为π(D1²-D3²)/4。显然，所述去除外侧壁的光纤法珀气泡腔的横截面积小于所述未去除侧壁的横截面积。那么，在应力和应变的测量中，所述去除外侧壁的光纤法珀气泡腔具有更高的灵敏度。

在一些实施例中，所述气泡是长方体结构、椭球体结构或球体结构。需要指出的是，所述气泡的结构要用于形成双光束干涉。

在一些实施例中，所述第一端面和第二端面至少有部分具有凹面结构，以在对接后形成中空的所述气泡。

在一些实施例中，所述第一光纤和第二光纤各自选择：单模光纤，多模光纤，或光子晶体光纤。

在一些实施例中，所述第一光纤和第二光纤的材料可以不同，也可以相同。

根据本实用新型的实施例，还提供一种光纤法珀气泡腔传感器的制作方法，可以包括如下步骤：分别去除第一光纤和第二光纤尾端的部分侧壁，第一光纤尾端具有第一端面，第二光纤尾端尾端具有第二端面，将第一端面和/或第二端面处理成包含凹面的结构；将经过处理的第一端面和第二端面进行对接，形成光纤法珀气泡腔。

具体的步骤可以为：

1)将第一光纤以及第二光纤尾端的涂覆层去除一部分，然后用光纤切割刀将该光纤的包层切割，使得尾端露出一定的包层部分，同时得到平整的光纤端面。

2)用激光处理所述的第一端面和第二端面，得到如图1所示虚线左侧的光纤尾端的结构。光纤的外侧被处理去除一定厚度的圆柱环，使光纤尾端变为直径为如图2所示D2的圆柱；光纤的尾端中心被处理去除一个的圆柱结构，在光纤尾端得到一个直径为D3的圆柱形凹槽。

可选的，也可以将光纤的侧壁处理得到如图3A和图3B所示的圆台的结构，D1是光纤的外直径，D2是光纤端面即圆台上表面的直径。

可选的，也可以将光纤尾端的凹面结构处理成如图4A和图4B所示的凹球面的结构，D1未包埋气泡的光纤段直径，也即光纤包层直径，D2是光纤端面被处理得到凹球面的直径。

可选的，也可以用化学腐蚀，离子束刻蚀等方法对光纤进行加工，形成凹面。

可选的，光纤的选择可以是单模光纤，多模光纤，光子晶体光纤等特种光纤。

3)将所述侧壁和端面处理所得到的两个光纤用光纤熔接机熔接，得到一个光纤法珀气泡腔传感器。

可选的，也可以用激光熔接，粘接等方法。

可选的，对接的两根光纤可以只有一根光纤经过侧壁和端面的处理，得到的光纤法珀气泡腔仍然符合要求。

4)当外界的应力或者应变作用在传感器的两侧时，气泡腔的腔长将会变化，经过气泡腔的光谱将发生变化，从而得到外界应力和应变的大小值，由于所述的传感器的气泡腔具有较小的横截面积，将提高应力和应变的传感精度。

以上，通过本实用新型实施例提供的光纤法珀气泡腔传感器及其制作方法，其中，传感器由一根内置了法布里玻罗气泡腔的光纤构成，而且在尺寸上，包含气泡腔部分的光纤直径小于其他部分的光纤直径。进入光纤的光通过光纤法布里玻罗腔后形成双光束干涉，通过测量光谱的变化来获得外界物理量的大小。所述光纤气泡腔的结构的制作上，将光纤一端的侧壁去除一部分，同时将光纤的端面也处理成凹面的结构，将所述特征的两个光纤端面进行对准连接，中间留有空气间隙，形成一个法布里玻罗腔。具有这种设计结构的光纤传感器，由于气泡腔具有极小的横截面积的特点，极大地提高了光纤法珀气泡腔传感器的应变和应力测量灵敏度。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。