本發(fā)明屬于光纖傳感器，具體涉及一種d型溫度測(cè)量pcf傳感器及其制造方法。

背景技術(shù)：

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)研究的快速發(fā)展，對(duì)溫度測(cè)量的精度和靈敏度要求越來(lái)越高。傳統(tǒng)的溫度測(cè)量方法，如熱電偶、熱敏電阻和溫度計(jì)等，雖然在某些應(yīng)用中表現(xiàn)出了良好的性能，但它們?cè)跍y(cè)量范圍、響應(yīng)速度和尺寸限制等方面存在一定的局限性。特別是在微納尺度和特殊環(huán)境下，這些傳統(tǒng)方法往往難以滿足高精度和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求。

2、近年來(lái)，光子晶體光纖(photonic?crystal?fiber,pcf)傳感器因其獨(dú)特的光學(xué)特性和靈活性，逐漸成為溫度測(cè)量領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。pcf傳感器利用光子晶體結(jié)構(gòu)的特性，通過(guò)光的傳播、散射或吸收等現(xiàn)象來(lái)感知環(huán)境參數(shù)的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度等物理量的測(cè)量。然而，現(xiàn)有的pcf溫度傳感器在靈敏度、穩(wěn)定性和成本效益方面仍有待提高。

3、特別是表面等離子體共振(surface?plasmon?resonance,spr)效應(yīng)在溫度傳感中的應(yīng)用，因其高靈敏度和生物兼容性而備受關(guān)注。spr傳感器通過(guò)金屬納米結(jié)構(gòu)與光的相互作用，能夠檢測(cè)到微小的折射率變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精確測(cè)量。但是，spr傳感器的制備工藝復(fù)雜，且對(duì)環(huán)境條件敏感，限制了其在實(shí)際應(yīng)用中的廣泛部署。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種d型溫度測(cè)量pcf傳感器及其制造方法，提高傳感器的性能，降低成本，并拓寬其應(yīng)用范圍。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種d型溫度測(cè)量pcf傳感器，包括光子晶體光纖本體；

4、所述光子晶體光纖本體包括呈圓柱體的基底材料，所述基底材料的圓柱體內(nèi)設(shè)有呈內(nèi)外兩層同中心且周向環(huán)狀分布的包層空氣孔，所述基底材料的圓柱體上側(cè)設(shè)有上切面，所述上切面上配置有一個(gè)作為溫度檢測(cè)通道的開環(huán)，所述開環(huán)上面鍍有一層用來(lái)激發(fā)spr效應(yīng)的金膜。

5、進(jìn)一步的，所述包層空氣孔包括內(nèi)層空氣孔和外層空氣孔，所述內(nèi)層空氣孔包括以纖芯為中心呈正六邊形環(huán)狀均勻分布的六個(gè)空氣孔；

6、所述外層空氣孔包括以纖芯為中心呈正八邊形排列的十四個(gè)空氣孔，且位于正八邊形排布空氣孔上半部頂點(diǎn)兩側(cè)的兩個(gè)空氣孔被移除。

7、進(jìn)一步的，所述內(nèi)層空氣孔的直徑小于所述外層空氣孔的直徑。

8、進(jìn)一步的，所述內(nèi)層空氣孔的半徑為0.3μm，所述外層空氣孔的半徑為0.6μm，兩層空氣孔之間間距為1.6μm。

9、進(jìn)一步的，所述上切面的開環(huán)半徑為0.6μm，所述開環(huán)上涂覆金膜厚度為0.03μm。

10、進(jìn)一步的，所述基底材料為二氧化硅材質(zhì)。

11、進(jìn)一步的，所述光子晶體光纖本體外側(cè)呈中心周向依次設(shè)置有溫敏液體層和完美匹配層。

12、進(jìn)一步的，所述溫敏液體層采用乙醇和氯仿的混合物。

13、進(jìn)一步的，所述上切面為拋光深度為1μm的拋光面。

14、第二方面，本發(fā)明提供了一種如第一方面中d型溫度測(cè)量pcf傳感器的制造方法，其特征在于，包括如下步驟：

15、步驟s1.材料選擇：

16、選擇高折射率的硅材料作為光纖的核心，選擇低折射率的空氣填充空氣孔，其中內(nèi)層空氣孔的半徑為0.3μm，外層空氣孔的半徑為0.6μm，兩層空氣孔之間的間距為1.6μm；

17、步驟s2.預(yù)制棒制備：

18、將所選材料制備成預(yù)制棒，預(yù)制棒的直徑和結(jié)構(gòu)與最終光纖的要求相匹配；

19、步驟s3.光纖拉制：

20、將預(yù)制棒放入光纖拉制塔中，加熱并拉制預(yù)制棒，使其逐漸變細(xì)而延長(zhǎng)，形成光子晶體光纖的圓柱體結(jié)構(gòu)，其中拉制過(guò)程中，預(yù)制棒的材料逐漸變成光纖的核心，空氣孔形成光纖的包層；

21、步驟s4.后處理：

22、對(duì)拉制好的光纖本體進(jìn)行后處理，包括剝離包層、切割成合適長(zhǎng)度；

23、步驟s5.拋光：

24、使用拋磨機(jī)對(duì)光纖的上表面進(jìn)行拋光，以獲得與光纖纖芯所在平面平行的上切面，上切面經(jīng)拋磨形成時(shí)的拋光深度為1μm，上切面與纖芯所在平面的距離為3μm；

25、步驟s6.開環(huán)制備：

26、在上切面上配置開環(huán)，開環(huán)的半徑為0.6μm；

27、步驟s7.鍍金膜：

28、在開環(huán)上利用磁控濺射或電化學(xué)沉積方法鍍覆一層金膜，金膜的厚度為30nm，并在鍍膜前對(duì)開環(huán)表面進(jìn)行清潔和活化處理以確保金屬薄膜與開環(huán)之間的良好結(jié)合。

29、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：

30、本發(fā)明提供的d型溫度測(cè)量pcf傳感器較現(xiàn)有溫度傳感器具有更高靈敏度，檢測(cè)范圍更寬，在0℃～120℃溫度范圍，其溫度測(cè)量靈敏度可達(dá)7.2nm/℃；此外其結(jié)構(gòu)對(duì)稱，在拋光面開環(huán)上鍍膜，無(wú)需在孔內(nèi)填充物質(zhì)，可以更方便地控制鍍膜厚度與均勻度，降低了制造難度，同時(shí)與其他d型溫度傳感器需要在整個(gè)拋光面上鍍膜相比，縮小了涂覆面積，降低了生產(chǎn)成本；以及對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化不敏感，結(jié)構(gòu)的微小制造誤差對(duì)其性能沒(méi)有影響，降低了制造難度。

技術(shù)特征：

1.一種d型溫度測(cè)量pcf傳感器，其特征在于，包括光子晶體光纖本體；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的d型溫度測(cè)量pcf傳感器，其特征在于，所述包層空氣孔包括內(nèi)層空氣孔和外層空氣孔，所述內(nèi)層空氣孔包括以纖芯為中心呈正六邊形環(huán)狀均勻分布的六個(gè)空氣孔；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的d型溫度測(cè)量pcf傳感器，其特征在于，所述內(nèi)層空氣孔的直徑小于所述外層空氣孔的直徑。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的d型溫度測(cè)量pcf傳感器，其特征在于，所述內(nèi)層空氣孔的半徑為0.3μm，所述外層空氣孔的半徑為0.6μm，兩層空氣孔之間間距為1.6μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的d型溫度測(cè)量pcf傳感器，其特征在于，所述上切面的開環(huán)半徑為0.6μm，所述開環(huán)上涂覆金膜厚度為0.03μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的d型溫度測(cè)量pcf傳感器，其特征在于，所述基底材料為二氧化硅材質(zhì)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的d型溫度測(cè)量pcf傳感器，其特征在于，檢測(cè)時(shí)，所述光子晶體光纖本體外側(cè)呈中心周向依次設(shè)置有沉積溫敏液體層和完美匹配層。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的d型溫度測(cè)量pcf傳感器，其特征在于，所述溫敏液體層采用乙醇和氯仿的混合物。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的d型溫度測(cè)量pcf傳感器，其特征在于，所述上切面為拋光深度為1μm的拋光面。

10.一種如權(quán)利要求1～9中所述d型溫度測(cè)量pcf傳感器的制造方法，其特征在于，包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種D型溫度測(cè)量PCF傳感器及其制造方法，屬于光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域，包括光子晶體光纖本體；所述光子晶體光纖本體包括呈圓柱體的基底材料，所述基底材料的圓柱體內(nèi)設(shè)有呈內(nèi)外兩層同中心且周向環(huán)狀分布的包層空氣孔，所述基底材料的圓柱體上側(cè)設(shè)有上切面，所述上切面上配置有一個(gè)作為溫度檢測(cè)通道的開環(huán)，所述開環(huán)上面鍍有一層用來(lái)激發(fā)SPR效應(yīng)的金膜；本發(fā)明的D型溫度測(cè)量PCF傳感器及其制造方法，能夠提高傳感器的性能，降低成本，并拓寬其應(yīng)用范圍。

技術(shù)研發(fā)人員：楊文新,黃勇林
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京郵電大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21