一种飞秒激光制造的C型光纤游标温度传感器及制作方法

本发明涉及光纤传感，尤其涉及一种飞秒激光制造的c型光纤游标温度传感器及制作方法。

背景技术：

1、71％的地球表面被海水覆盖，海洋是人类赖以生存的空间，海洋生物矿物资源丰富，是支持人类可持续发展的资产，许多海洋物理现象和环境变化会影响人类的生产活动和经济发展，其中温度是表征海洋状态的基本物理量。因此，准确实时监测海水温度的变化对于保障海洋生态环境健康，推动海洋可持续发展和掌握全球气候变化是非常重要的。电学传感器由于高精度，宽范围和技术成熟等优势被广泛应用于海水温度等参数的检测，然而，这类传感器容易受海洋环境，电磁干扰和海水腐蚀等影响，限制了其在海洋检测领域的应用。

2、近年来，光纤传感器由于其抗电磁干扰，耐腐蚀和体积小等优势被越来越多的应用于海洋环境参数的检测。已经提出很多光学温度传感器，例如光学干涉仪、表面等离子体共振传感器、光纤光栅和光子晶体光纤等。光纤干涉结构是一种非接触式测量方法，具有响应快和精度高等优点，但是干涉结构操作难度大，测量灵敏度较低，难以应用于高分辨力海洋环境下的海水参数测量。表面等离子体共振传感器具有高灵敏度和结构灵活性，但是容易受到海水环境的影响，表面涂覆的敏感膜容易脱落和腐蚀，稳定性难以得到保障。光纤光栅传感器具有测量范围广和性能稳定等优势，但是在实际测量中容易受到参数交叉敏感性的影响，测量精度受限。光子晶体光纤具有结构多样性和高分辨率，但是其制造工艺复杂，成本昂贵。因此，迫切需要设计一种具有高分辨力，稳定结构，较低成本等优势的温度传感器来实现海水温度的快速实时高分辨力检测。

3、中国专利“cn116754093a”提出了一种模间干涉型光纤传感器的温度测量增敏方法，其特征在于采用长度1mm～5mm的耦合光纤在干涉型光纤传感器的结构中作为耦合器，起到分光与合光的作用，最终起到温度增敏的效果，但同样带来了测量范围受限制的问题。中国专利“cn116698223a”提出了一种基于lspr效应的负曲率空芯光纤温度传感器，该传感器将局域等离子体技术引入到光纤中，能够有效的提高传感器对倏逝场的调控，激发lspr效应，进而实现高性能的传感响应，实现了高灵敏度温度检测，但是同样未能解决高分辨力和大量程同时检测的难题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种飞秒激光制造的c型光纤游标温度传感器及制作方法，用于海水温度的高灵敏度和大量程测量。该传感器具有稳定性强、设计灵活、结构小型、成本低廉等优点，它可以作为一种新的传感器来实现对海水温度的高分辨率和大范围检测。

2、一种飞秒激光制造的c型光纤游标温度传感器，包括：单模光纤、空芯光纤，fbg，c型开放腔；

3、所述空芯光纤中设置c型开放腔，所述c型开放腔利用飞秒激光微纳加工技术制备，贯穿整个空芯光纤；

4、所述单模光纤包括输入单模光纤和输出单模光纤，输入单模光纤、c型开放腔和输出单模光纤依次熔接形成传感腔，熔接的端面分别为m1和m2；所述输入单模光纤、空芯光纤和输出单模光纤依次熔接形成参考腔，熔接的端面分别为m3和m4；

5、所述fbg为光纤光栅，内置于一端单模光纤中，连接传感腔和参考腔。

6、一种飞秒激光制造的c型光纤游标温度传感器的制作方法，包括以下步骤：

7、步骤1：利用切割刀切取设定长度的单模光纤和空芯光纤，利用熔接机将单模光纤作为输入单模光纤，与空芯光纤进行融合，并空芯光纤进行切割形成空气腔；

8、步骤2：选取另一段单模光纤作为输出单模光纤，与空芯光纤另一端进行熔接；

9、步骤3：将输出单模光纤进行切割形成fp腔，利用飞秒激光对熔接好的空芯光纤进行开腔加工，形成c型空腔结构；其中开腔加工过程中将光纤置于水中进行激光加工；

10、步骤4：利用加工软件控制微加工平台设定的速度按照设定参数进行激光刻蚀，完成温度游标传感器的制作；

11、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

12、本发明提供一种飞秒激光制造的c型光纤游标温度传感器及制作方法，用于海水温度的高灵敏度和大量程测量。该传感器具有稳定性强、设计灵活、结构小型、成本低廉等优点，它可以作为一种新的传感器来实现对海水温度的高分辨率和大范围检测，有望成为海洋参数检测领域的候选传感器。具备以下有益效果：

13、(1)本发明利用简单的熔接构建基础结构，利用飞秒激光微纳加工技术实现了c型开放微腔结构的制作，制作过程简单。

14、(2)本发明通过构建c型开放微腔，保证了fp干涉结构中传感光束和增敏聚合物pdms充分接触，利用游标效应，实现了海水温度的高分辨力测量。

15、(4)本发明利用简单的单模-空芯-单模结构巧妙设计了集成式一体化游标并联型温度传感结构，实现了海水温度的高分辨力和大量程同时检测。该结构为反射式传感结构，可通过追踪游标光谱中包络谱的波峰，可以实现海水温度的高分辨力和大量程测量。

技术特征：

1.一种飞秒激光制造的c型光纤游标温度传感器，其特征在于，包括单模光纤、空芯光纤，fbg，c型开放腔；

2.根据权利要求1所述的一种飞秒激光制造的c型光纤游标温度传感器，其特征在于，所述传感腔的熔接端面分别为m1和m2，所述参考腔的熔接端面分别为m3和m4。

3.一种飞秒激光制造的c型光纤游标温度传感器的制作方法，用于制作权利要求1所述的飞秒激光制造的c型光纤游标温度传感器，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的一种飞秒激光制造的c型光纤游标温度传感器，其特征在于，步骤3中所述开腔加工的过程中将光纤置于水中进行激光加工。

技术总结
本发明提供一种飞秒激光制造的C型光纤游标温度传感器及制作方法，涉及光纤传感技术领域，本发明利用飞秒激光加工技术在空芯光纤(HCF)上刻蚀微槽形成C型光纤，使得PMDS可以充分填入微腔内充当传感介质以实现温度的增敏效果，同时在单模光纤上直写FBG用于定位高灵敏度游标光谱的干涉波长。针对温度的高分辨力和大量程难以同时检测的难题，本发明提供一种基于飞秒激光制造的光纤光栅与C型光纤级联型游标传感结构，用于海水温度的高灵敏度和大量程测量。该传感器具有稳定性强、设计灵活、结构小型、成本低廉等优点，它可以作为一种新型传感器来实现对海水温度的高分辨率和大范围检测。

技术研发人员：李超凡,赵勇,仝锐杰,林子婷,赵锦程,刘睿杰,王煜,周李鸣
受保护的技术使用者：东北大学秦皇岛分校
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22