引用本文:

刘全强,陈娜,李聪聪,等:微纳光纤布喇格光栅探针的制备与特性研究[J]. 光通信技术,2019,43(9):27-30.

微纳光纤布喇格光栅探针的制备与特性研究

刘全强,陈 娜*,李聪聪,刘书朋,陈振宜

(上海大学 通信与信息工程学院,上海 200444)

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摘要:为了实现微区温度测量,研究了化学腐蚀法制备锥形微纳光纤布喇格光栅(MNFBG)探针及其温度传感特性。通过监测MNFBG反射谱的变化分析其腐蚀情况,控制MNFBG探针的形成,并对反射谱进行反演,可获得锥尖处的温度信息。实验结果表明:最终制成的锥形MNFBG探针,锥区长为308 μm,栅区长度仅为120 μm,锥尖直径小于1 μm,对温度传感的灵敏度约为10.5 pm/℃。该方法制作的MNFBG探针对微区温度检测具有潜在的应用价值。

关键词:化学腐蚀法;锥形光纤布喇格光栅;光谱分析

中图分类号:TN253 文献标志码:文章编号:1002-5561(2019)09-0027-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2019.09.006

0 引言
       随着传感器的发展趋于小型化,微小空间的温度检测逐渐成为研究的热点。近年来出现的微纳光纤布喇格光栅(MNFBG)传感器具有抗电磁干扰、不易受腐蚀和尺寸极小等优点,可用于色散补偿、折射率传感和多参量测量等方面。MNFBG的制备有将光栅写入微纳光纤[1-4]和对光纤布喇格光栅(FBG)进行微纳加工[5,6]2种方式。寇君龙等人[2]在锥尖直径为5 μm的纯石英锥形光纤一侧使用聚焦离子束法刻蚀出周期性的凹槽,凹槽周期为1.1 μm,深度为1.6 μm,制得的MNFBG的温度灵敏度达22 pm/℃。Susana Silva等人[3]使用熔融拉锥的方法制备锥形光纤,并在锥形光纤的125 μm和50 μm直径区域使用飞秒激光器分别写入光栅,实现温度与氢气浓度的同步测量。K Schroeder等人[5]使用侧边抛磨的方法加工FBG,得到的FBG包层仅有0.5 μm,用于折射率的测量,并在未抛磨的位置用FBG测量温度的变化,除去温度的影响。A. Iadicicco等人[6]通过化学腐蚀的方法,腐蚀FBG的包层,被腐蚀的FBG为圆柱状,直径为7.5 μm,由于薄包层的FBG对外界折射率敏感,从而实现温度与折射率的同步测量。上述的MNFBG传感器尺寸达到微米级别,可以应用于较小空间的温度检测,但是微米级的尺寸限制了可测量的微区大小。为了获得更小尺寸的MNFBG传感器,本文使用化学腐蚀法腐蚀FBG,制备出具有圆锥形尖端的MNFBG探针。

3 结束语
       文采用化学腐蚀法成功制备了MNFBG探针。通过实时监测FBG的反射谱变化、控制腐蚀的时间,制得的探针具有亚微米级别的针尖尺寸和百微米长度的栅区。通过实验对探针的温度传感特性进行表征,虽然MNFBG探针的反射谱强度很低,仍具有较高的温度灵敏度(10.5 pm/℃)。同时,通过使用MNFBG探针测量热源,并反演反射光谱得到了探针尖端处的温度信息。MNFBG探针具有温度传感特性和满足高分辨率测量的微小尺寸。因此,MNFBG探针在近场区域的温度测量[15-16]方面也具有潜在的应用前景。