引用本文:

吕艳华,商娅娜,刘奂奂,等:基于准分子激光微加工光纤F-P腔的压力传感器[J]. 光通信技术,2019,43(9):35-38.

基于准分子激光微加工光纤F-P腔的压力传感器

吕艳华1,商娅娜2,刘奂奂2,庞拂飞2

(1.上海大学 计算中心,上海 200444;2.上海大学 通信与信息工程学院,上海200444)

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摘要:为了实现薄膜厚度的精确控制从而提高传感器灵敏度,设计了一种基于准分子激光微加工光纤法布里-珀罗(F-P)腔的压力传感器,该F-P腔传感器是在光纤陶瓷插芯的端面上集成刻蚀的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜而构成。通过准分子激光对PET膜的刻蚀,精确地控制F-P腔的深度与面积。该传感器在0~1070 Pa的范围内表现出3.3 nm/kPa的敏感度。

关键词:法布里-珀罗;光纤;光纤传感器

中图分类号:TP212 文献标志码:文章编号:1002-5561(2019)09-0035-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2019.09.008

0 引言
      光纤非本征法布里-珀罗干涉仪(Extrinsic Fabry-Perot Interferometer,EFPI)是最重要的传感器技术之一,其具有高灵敏度、小尺寸和抗电磁干扰等优点,被广泛应用于多种物理量传感器的研究,如压力应变[1-5]、温度[6]、声波[7]和折射率[8]等。典型的EFPI可以利用光纤端面与敏感薄膜构成,由于其在静态或动态压力应用中具有良好传感性能而备受关注。据报道,许多研究改善了EFPI敏感膜的性能。一方面,在光纤端面集成高灵敏度的敏感薄膜,包括二氧化硅、银膜[9,10]、蓝宝石[11]和石墨烯[12,13]等;另一方面,通过使用不同技术对敏感薄膜进行薄化可以提高传感器的灵敏度。
  为了刻蚀二氧化硅薄膜,研究人员提出通过使用氢氟酸改变腐蚀速率和控制刻蚀时间来控制薄膜厚度。该方法优点在于低成本和相对简单的工艺,缺点是难以控制腐蚀过程和精确控制刻蚀膜的厚度。此外,还有研究人员采用抛光结合湿刻蚀方法,进一步减小薄膜的厚度。然而,薄膜厚度的控制仍然是问题。为此,一些研究人员选择波长为1064 nm的钕(Nd):YAG激光对硅膜进行刻蚀[14],但是,由于Nd:YAG激光器工作波长为1064 nm,工作波长较长、光子能量小,加工主要是热效应过程,即“激光热处理”,无法实现高精度的加工。本文设计基于准分子激光微加工方法制备的光纤压力传感器,其具有EFPI结构,可精确地控制法布里-珀罗(F-P)腔的深度和面积。

3 结束语
      本文提出并验证了基于准分子激光微加工方法制备的光纤压力传感器,其具有EFPI结构,通过在光纤插芯的端面上集成刻蚀的PET膜制得。准分子激光器对PET膜进行刻蚀,通过脉冲能量和脉冲时间精确地控制F-P腔的深度和面积。该传感器在0~1070 Pa的范围内表现出良好的线性关系,具有3.3 nm/kPa的高压敏感度。此外,本研究是通过U形管液位差来实现气体压力的调控,因此,该传感器还可以对液位进行监控,由于传感器不与被测液体接触,它将在监测强酸或碱溶液领域中找到许多应用。