光纤微腔气体传感器及其制备方法与流程

本发明公开了一种光纤微腔气体传感器及其制备方法，属于光纤传感。

背景技术：

1、随着人们生活水平的不断提高和对环保的日益重视，对各种有毒、有害气体的探测，对大气污染、工业废气的监测以及对食品和居住环境质量的检测等都对气体传感器提出了更高的要求。

2、目前气体传感器主要有电化学气体传感器和光学气体传感器。电化学气体传感器是通过化学电解的方法实现用电解电流强度对生化分子的传感，这种气体传感方式依赖于化学反应、耗能高、体积大、系统复杂、抗电磁干扰能力弱、有很强的气体选择性、传感灵敏度不高。

3、基于光纤传感技术的气体传感器能解决上述电化学气体传感器的缺点，其相比于传统的电化学气体传感器来说，具有结构简单、尺寸微小、响应速度快以及抗电磁干扰等优点，可实现复杂环境下的测量工作。现有技术中的光学气体传感器大多采用的光纤折射率传感结构，其中，基于等离子体共振原理制成的光纤折射率传感器受到越来越多的关注，但该种结构由于光在微腔两侧反复传播，因此，其损耗较大，导致调制信号较弱。

技术实现思路

1、本申请的目的在于，提供一种光纤微腔气体传感器及其制备方法，以解决现有技术中的光纤气体传感器存在损耗大，导致调制信号较弱的技术问题。

2、本发明的第一方面提供了一种光纤微腔气体传感器的制备方法，包括：

3、将单模光纤和多模光纤进行熔接，再对熔接处进行拉锥；

4、在所述单模光纤的锥形区域上刻蚀出微孔，并在所述微孔的内壁上沉积气敏层；

5、在所述多模光纤的端面粘贴反射膜，得到光纤微腔气体传感器。

6、优选地，所述气敏层所使用的材料为无机气敏材料。

7、优选地，所述气敏层所使用的材料为氧化锌。

8、优选地，所述反射膜的材质为聚酰亚胺、氟塑料或二氧化硅。

9、优选地，所述微孔的直径小于所述单模光纤的芯径。

10、优选地，在所述单模光纤的锥形区域上刻蚀出微孔，具体包括：

11、利用飞秒激光在所述单模光纤的锥形区域上刻蚀出微孔。

12、优选地，在所述微孔的内壁上沉积气敏层，具体包括：

13、利用飞秒激光在所述微孔的内壁上沉积气敏层。

14、本发明的第二方面提供了一种光纤微腔气体传感器，其是利用上述光纤微腔气体传感器的制备方法制备得到的。

15、本发明的光纤微腔气体传感器及其制备方法，相较于现有技术，具有如下有益效果：

16、本发明利用锥形结构实现了单模光纤和多模光纤之间的耦合和匹配，可以在单模光纤和多模光纤之间实现较低的插损和回波损耗，提高了光纤连接的质量和可靠性。同时，锥形结构还能够缓解单模光纤的衍射损耗和噪声，并降低模式耦合的影响，调制信号强，结合单模光纤锥形区域带有气敏层的微孔以及多模光纤端面的反射膜，得到了可对气体进行高灵敏度检测的光纤微腔气体传感器。该光纤微腔气体传感器适用于各种气体的检测，具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种光纤微腔气体传感器的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的光纤微腔气体传感器的制备方法，其特征在于，所述气敏层所使用的材料为无机气敏材料。

3.根据权利要求2所述的光纤微腔气体传感器的制备方法，其特征在于，所述气敏层所使用的材料为氧化锌。

4.根据权利要求1所述的光纤微腔气体传感器的制备方法，其特征在于，所述反射膜的材质为聚酰亚胺、氟塑料或二氧化硅。

5.根据权利要求1所述的光纤微腔气体传感器的制备方法，其特征在于，所述微孔的直径小于所述单模光纤的芯径。

6.根据权利要求1所述的光纤微腔气体传感器的制备方法，其特征在于，在所述单模光纤的锥形区域上刻蚀出微孔，具体包括：

7.根据权利要求1所述的光纤微腔气体传感器的制备方法，其特征在于，在所述微孔的内壁上沉积气敏层，具体包括：

8.一种光纤微腔气体传感器，其特征在于，所述光纤微腔气体传感器是利用权利要求1-7任一项所述的光纤微腔气体传感器的制备方法制备得到的。

技术总结
本发明具体公开了光纤微腔气体传感器及其制备方法，其中制备方法包括将单模光纤和多模光纤进行熔接，再对熔接处进行拉锥；在单模光纤的锥形区域上刻蚀出微孔，并在微孔的内壁上沉积气敏层；在多模光纤的端面粘贴反射膜，得到光纤微腔气体传感器。本发明利用锥形结构实现单模光纤和多模光纤之间的耦合和匹配，可在单模光纤和多模光纤之间实现较低插损和回波损耗，同时锥形结构还能缓解单模光纤的衍射损耗和噪声，并降低模式耦合的影响，结合单模光纤锥形区域带有气敏层的微孔以及多模光纤端面的反射膜，得到可对气体进行高灵敏度检测的光纤微腔气体传感器。

技术研发人员：李佳欣,掌蕴东,王斌
受保护的技术使用者：光子集成（温州）创新研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15