专利名称:基于腐蚀高掺杂光纤的珐珀传感器制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤传感器，具体涉及一种基于腐蚀高掺杂光纤的珐珀传感器制 作方法。
背景技术：
光纤珐珀传感器已经在工业、军事等诸多领域被广泛应用于应变、压力、温度、折 射率等参数的传感，分为本征型和非本征型珐珀传感器。非本征型光纤珐珀传感器(EFPI) 是指以光纤端面和空气界面为反射面构成珐珀腔，具有对某一物理或化学参数敏感的传感 特性。传统的EFPI传感器主要通过在两段单模光纤之间熔接一段空心光纤、或空心毛细 管、或空心光子晶体光纤、或直接利用空心套管将两段单模光纤对准并固定。这样形成的 EFPI传感器成本低、制作方便，但腔长很难精确控制，不利于制作微型传感器。
申请号为200710078516. 8，公开号为CN 101055197A的中国发明专利“飞秒激光 脉冲制作的微型光纤珐珀传感器及制作方法”和申请号为200710088067. 5，公开号为CN 101034007A的中国发明专利“光纤珐珀传感器及其制作方法”分别公开了利用飞秒激光和 准分子激光在光纤上加工微珐珀腔，构成光纤珐珀传感器，用于应变、温度、压力等参数的 检测。这一类传感器性能好、重复性高，适合于中高端产品，但加工系统造价高，不适合普及 推广，而且加工过程需要掩膜板与光纤精确对准，调节精度要求很高，很难低成本、大批量 制作。
Y. Zhu和A. Wang报道了用氢氟酸(HF)和氟化铵(NH4F)作为腐蚀液，通过腐蚀 多模光纤和多次熔接的方式，制作了多珐珀腔结构的光纤压力传感器，详见IEEE Photon. Technol. Lett. ,17(2) 447-449 (2005)。该传感器制作的步骤较多，结构比较复杂。 C. J. Tuck等人报道了用48%的氢氟酸(HF)溶液作为腐蚀液，直接腐蚀普通单模光纤端面， 形成微孔的光纤端面在与一段单模光纤熔接，构成光纤珐珀腔，详见Meas. Sci. Technol.， 17 =2206-2212 (2006)。由于HF对SiO2包层有较强的腐蚀，同时普通单模光纤纤芯掺锗浓 度较低，导致包层和纤芯的腐蚀速度差较小，因此腐蚀深度小。而且包层腐蚀后光纤直径很 小，导致熔接困难和制作的珐珀传感器机械强度较差。
发明内容
本发明所要解决的问题是如何提供一种基于腐蚀高掺杂光纤的珐珀传感器制作 方法，该方法能克服现有技术中所存在的缺陷，成本低、适宜大规模工业化生产。
本发明所提出的技术问题是这样解决的提供一种基于腐蚀高掺杂光纤的珐珀传 感器制作方法，其特征在于，包含以下步骤
①将高掺杂光纤端面侵入腐蚀液进行腐蚀，在其端面将纤芯部分腐蚀而形成微 孔，所述腐蚀液为氢氟酸和强无机酸的混合液，所述高掺杂光纤的光纤纤芯掺杂，掺杂质包 括稀土元素、锗和硼，掺杂浓度高于普通单模光纤的掺锗浓度，包层为纯石英；
②将经步骤①得到的高掺杂光纤清洗掉残余的腐蚀液，然后置于无尘环境中晾干或用吹风机吹干；
③将两根经过步骤②处理后得到高掺杂光纤的微孔相对进行熔接、或者将一根经 过步骤②处理后得到的高掺杂光纤的微孔与一根单模光纤端面进行熔接，形成光纤珐珀传 感器。
按照本发明所提供的基于腐蚀高掺杂光纤的珐珀传感器制作方法，其特征在于， 所述强无机酸能跟光纤纤芯的掺杂物质反应，生成可溶性物质，浓度大于1 %，包括盐酸、硝 酸和硫酸等。
按照本发明所提供的基于腐蚀高掺杂光纤的珐珀传感器制作方法，其特征在于， 所述的氢氟酸浓度大于1%。
按照本发明所提供的基于腐蚀高掺杂光纤的珐珀传感器制作方法，其特征在于， 所述的强无机酸和氢氟酸的体积比大于1 20。
本发明的有益效果是该基于腐蚀高掺杂光纤的珐珀传感器制作方法，具有成本 低、适合大批量制作等优点。通过加入强无机酸与光纤纤芯中的掺杂物质反应，加大包层与 纤芯的腐蚀速率差，从而增大光纤端面腐蚀微孔的深度，继而通过熔接一段光纤得到所需 的光纤珐珀传感器。所用光纤为纤芯高掺杂光纤，高掺杂浓度进一步加大包层与纤芯的腐 蚀速率差。腐蚀液中的强无机酸，使氢氟酸浓度降低，减小了腐蚀液对包层的腐蚀速率，在 增加纤芯腐蚀深度的同时，减小包层的腐蚀量，使熔接后的珐珀传感器机械性能得到较大 改善。
图1为腐蚀前的高掺杂光纤端面的结构示意图；
图2为腐蚀后的高掺杂光纤端面的结构示意图；
图3为腐蚀后再熔接形成的光纤珐珀传感器的结构示意图；
图4给出了实施例制作的光纤珐珀传感器的应变和温度特性。
其中，1、包层，2、纤芯，3、微孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述
该基于腐蚀高掺杂光纤的珐珀传感器制作方法，包含以下步骤将高掺杂光纤端 面侵入腐蚀液进行腐蚀，在其端面将纤芯部分腐蚀而形成微孔，腐蚀液为氢氟酸和强无机 酸的混合液，高掺杂光纤的光纤纤芯2掺杂，掺杂质包括稀土元素、锗和硼，掺杂浓度高于 普通单模光纤的掺锗浓度，包层1为纯石英，将高掺杂光纤清洗掉残余的腐蚀液，然后置于 无尘环境中晾干或用吹风机吹干，将两根处理得到高掺杂光纤的微孔3相对进行熔接、或 者将一根经过处理后得到的高掺杂光纤的微孔3与一根单模光纤端面进行熔接，形成光纤 珐珀传感器。
其中强无机酸能跟光纤纤芯的掺杂物质反应，生成可溶性物质，浓度大于1%，包 括盐酸、硝酸和硫酸等。氢氟酸浓度大于1%。
以下是本发明的具体实施例
基于腐蚀高掺杂光纤的光纤珐珀传感器制作方法流程示意图如图1 图3所示。首先，将40%质量比的氢氟酸溶液和35%质量比的盐酸溶液按体积比3 1配成总体积 60mL的腐蚀液。高掺杂光纤采用Nufern公司的掺铒单模光纤，型号为EDFC-980-HP。将掺 铒光纤端面切割平整，如图1上所示，放入腐蚀液进行腐蚀加工。25分钟后，将腐蚀的掺铒 光纤取出放入去离子水浸泡约20分钟，清洗掉残余的腐蚀液，然后将其放置于无尘环境晾 干、或用吹风机吹干后待用。光纤端面纤芯部分会被腐蚀成一微孔，实际腐蚀的光纤端面三 维轮廓如图2左所示。将腐蚀后的光纤与普通单模光纤进行熔接，得到光纤珐珀传感器，如 图3所示。制作过程中，盐酸也可用硝酸等其他强无机酸代替，掺铒光纤也可用掺硼、掺镱、 掺锗等掺杂光纤代替，只要保证掺杂浓度较高，并且腐蚀液中的强无机酸与纤芯掺杂物质 反应生成可溶性物质即可。也可以将两根端面腐蚀有微孔的掺杂光纤进行熔接，形成腔长 更长的珐珀传感器。为了使腐蚀时间不致过长，强无机酸和氢氟酸的浓度应大于1%，两者 的体积比应大于1 20。
该传感器可用于应变传感，而且温度不敏感。图4给出了实施例制作的光纤珐珀 传感器的应变和温度特性。应变灵敏度为3. lpm/μ ε，温度灵敏度为0.6pm/°C，说明该传 感器具有温度不敏感特性，因此具有广泛的应用前景。
5
权利要求
一种基于腐蚀高掺杂光纤的珐珀传感器制作方法，其特征在于，包含以下步骤①将高掺杂光纤端面浸入腐蚀液进行腐蚀，在其端面将纤芯部分腐蚀而形成微孔，所述腐蚀液为氢氟酸和强无机酸的混合液，所述高掺杂光纤的光纤纤芯掺杂，掺杂质包括稀土元素、锗和硼，掺杂浓度高于普通单模光纤的掺锗浓度，包层为纯石英；②将经步骤①得到的高掺杂光纤清洗掉残余的腐蚀液，然后置于无尘环境中晾干或用吹风机吹干；③将两根经过步骤②处理后得到高掺杂光纤的微孔相对进行熔接、或者将一根经过步骤②处理后得到的高掺杂光纤的微孔与一根单模光纤端面进行熔接，形成光纤珐珀传感器。
2.根据权利要求
1所述的基于腐蚀高掺杂光纤的珐珀传感器制作方法，其特征在于， 所述强无机酸浓度大于1%，且强无机酸能跟光纤纤芯的掺杂物质反应，生成可溶性物质，。
3.根据权利要求
2所述的基于腐蚀高掺杂光纤的珐珀传感器制作方法，所述强无机酸 包括盐酸、硝酸和硫酸。
4.根据权利要求
1所述的基于腐蚀高掺杂光纤的珐珀传感器制作方法，其特征在于， 所述氢氟酸浓度大于1%。
5.根据权利要求
1所述的基于腐蚀高掺杂光纤的珐珀传感器制作方法，其特征在于， 强无机酸和氢氟酸的体积比大于1 20。
专利摘要
本发明公开了一种基于腐蚀高掺杂光纤的珐珀传感器制作方法，包括以下步骤将高掺杂光纤端面浸入腐蚀液进行腐蚀，在端面形成微孔；将两根腐蚀后的光纤微孔相对进行熔接、或将一根腐蚀后的光纤微孔与单模光纤端面熔接，形成光纤珐珀传感器，采用氢氟酸和强无机酸的混合液作为腐蚀液，所用光纤为纤芯高掺杂光纤，高掺杂浓度进一步加大包层与纤芯的腐蚀速率差，腐蚀液中的强无机酸，使氢氟酸浓度降低，减小了腐蚀液对包层的腐蚀速率，在增加纤芯腐蚀深度的同时，减小包层的腐蚀量，使熔接后的珐珀传感器机械性能得到较大改善。
文档编号G01D5/26GKCN101561295 B发布类型授权 专利申请号CN 200910059204
公开日2010年12月8日 申请日期2009年5月7日
发明者郭宇, 饶云江, 龚元 申请人:电子科技大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan