一種新型光纖琺珀超聲水聽(tīng)器及其制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種新型光纖琺珀超聲水聽(tīng)器及其制作方法，該水聽(tīng)器可以用于測(cè)量高強(qiáng)度聚焦聲場(chǎng)，包括光纖和熔接在光纖端部的石英毛細(xì)管，所述石英毛細(xì)管端面和石英毛細(xì)管正對(duì)的光纖的端面均鍍有高反膜，石英毛細(xì)管外徑與單模光纖外徑相同，內(nèi)徑小于單模光纖纖芯直徑；若使用的石英毛細(xì)管內(nèi)徑大于光纖纖芯直徑，可以適當(dāng)增大熔接強(qiáng)度，使石英毛細(xì)管前端塌陷至內(nèi)徑小于光纖纖芯直徑。本發(fā)明所得的新型光纖琺珀超聲水聽(tīng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，干涉信號(hào)強(qiáng)，強(qiáng)度高、空間分辨率高，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，且能夠承受HIFU聲場(chǎng)的高聲壓、高溫。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種新型光纖琺珀超聲水聽(tīng)器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于光纖傳感領(lǐng)域，主要涉及一種新型光纖琺珀超聲水聽(tīng)器及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖超聲水聽(tīng)器是用來(lái)測(cè)量高強(qiáng)度聚焦超聲(High Intensity FocusedUltrasound，HIFU)聲場(chǎng)的水聽(tīng)器中尤為重要的一種，由于HIFU聲場(chǎng)的焦點(diǎn)處，聲強(qiáng)、聲壓、溫度非常高，并伴隨極強(qiáng)的非線(xiàn)性高次諧波，HIFU聲場(chǎng)呈橢球狀(長(zhǎng)軸約6mm?10mm，短軸約為Imm)，因此要求測(cè)量HIFU聲場(chǎng)的超聲傳感設(shè)備的直徑不得大于0.5mm。當(dāng)前，測(cè)量HIFU聲場(chǎng)的超聲傳感設(shè)備主要有PVDF(聚偏氟乙烯)壓電水聽(tīng)器、光纖探頭水聽(tīng)器、光纖端光纖FBG(Fiber Bragg Grating，布拉格光柵)水聽(tīng)器等，這幾種方法都存在著分辨率不夠，靈敏度低等缺點(diǎn)，而光纖琺珀超聲水聽(tīng)器巧妙地避開(kāi)了這些缺點(diǎn)。
[0003]制作光纖琺珀超聲水聽(tīng)器的關(guān)鍵是構(gòu)造兩個(gè)高機(jī)械強(qiáng)度的平行反射面。目前，常用于制作光纖琺珀超聲水聽(tīng)器的方法是將兩段光纖相對(duì)地固定在一段毛細(xì)石英管中。但由于石英本身反射率低，而這種方法又難以通過(guò)鍍膜提高光纖端面反射率，限制了光纖琺珀超聲水聽(tīng)器干涉信號(hào)的優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種新型光纖琺珀超聲水聽(tīng)器及其制作方法，所得的超聲水聽(tīng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、信號(hào)好、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，能夠承受HIFU聲場(chǎng)的高聲壓、高溫，且具有高空間分辨率、高靈敏度的特性。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]—種新型光纖琺珀超聲水聽(tīng)器，包括光纖和熔接在光纖端部的石英毛細(xì)管，所述石英毛細(xì)管端面和石英毛細(xì)管正對(duì)的光纖的端面均鍍有高反膜，以提高反射率，石英毛細(xì)管外徑與光纖外徑相同。
[0007]優(yōu)選地，所述石英毛細(xì)管的內(nèi)徑小于光纖纖芯的直徑。
[0008]優(yōu)選地，所述石英毛細(xì)管的內(nèi)徑大于光纖纖芯直徑，可適當(dāng)增大熔接強(qiáng)度，石英毛細(xì)管連接處塌陷形成錐孔，錐孔的最小內(nèi)徑小于光纖纖芯直徑。
[0009]優(yōu)選地，所述光纖為單模光纖、多模光纖或者其他種類(lèi)光纖，此時(shí)毛細(xì)石英管的內(nèi)徑需要做相應(yīng)調(diào)整。
[0010]優(yōu)選地，所述石英毛細(xì)管可以替換為空心光纖、邊孔光纖、光子晶體光纖等。
[0011]上述一種光纖琺珀超聲水聽(tīng)器的制造方法，包括如下步驟:
[0012]S1、將光纖、外徑與光纖相同、內(nèi)徑小于光纖纖芯直徑的石英毛細(xì)管端部切平；
[0013]S2、使用光纖熔接機(jī)將石英毛細(xì)管切平端部熔接在光纖切平端；
[0014]S3、在高倍顯微鏡下，保留適當(dāng)長(zhǎng)度石英毛細(xì)管，將剩余石英毛細(xì)管垂直切除；
[0015]S4、將切平后的石英毛細(xì)管端面和光纖端面鍍上高反膜。
[0016]上述一種光纖琺珀超聲水聽(tīng)器的制造方法，包括如下步驟:
[0017]S1、將光纖、外徑與光纖相同、內(nèi)徑大于光纖纖芯直徑的石英毛細(xì)管端部切平；
[0018]S2、使用光纖熔接機(jī)將石英毛細(xì)管切平端部熔接在光纖切平端，并將石英毛細(xì)管熔接部位塌陷成錐孔，使得錐孔最小內(nèi)徑小于單模光纖纖芯內(nèi)徑；
[0019]S3、在高倍顯微鏡下，保留適當(dāng)長(zhǎng)度石英毛細(xì)管，將剩余石英毛細(xì)管垂直切除；
[0020]S4、將切平后的石英毛細(xì)管端面和光纖端面鍍上高反膜。
[0021]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0022]所得的新型光纖琺珀超聲水聽(tīng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，干涉信號(hào)強(qiáng)，強(qiáng)度高、空間分辨率高，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，且能夠承受HIFU聲場(chǎng)的高聲壓、高溫。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明實(shí)施例中石英毛細(xì)管內(nèi)徑小于光纖纖芯直徑時(shí)光纖琺珀超聲水聽(tīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中石英毛細(xì)管內(nèi)徑小于光纖纖芯直徑時(shí)光纖琺珀超聲水聽(tīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中當(dāng)石英毛細(xì)管長(zhǎng)度為119μπι時(shí)，傳感器鍍高反膜后，1510-1590nm波段的的干涉光譜圖。
[0026]圖中:1-光纖，2-光纖纖芯，3-石英毛細(xì)管，4-第一反射面，5-第二反射面，6_高反膜。
[0027]具體實(shí)施
[0028]為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0029]如圖1-圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種新型光纖琺珀超聲水聽(tīng)器，包括光纖I和熔接在光纖端部的石英毛細(xì)管3，所述石英毛細(xì)管3端面和石英毛細(xì)管I正對(duì)的光纖的端面均鍍有高反膜6，以提高反射率，石英毛細(xì)管外徑與光纖外徑相同。
[0030]優(yōu)選地，所述石英毛細(xì)管3的內(nèi)徑小于光纖纖芯2的直徑。
[0031 ]優(yōu)選地，所述石英毛細(xì)管3的內(nèi)徑大于光纖纖芯2的直徑，可適當(dāng)增大熔接強(qiáng)度，石英毛細(xì)管3連接處塌陷形成錐孔，錐孔的最小內(nèi)徑小于光纖纖芯直徑。
[0032]優(yōu)選地，所述光纖為單模光纖、多模光纖或者其他種類(lèi)光纖，此時(shí)毛細(xì)石英管的內(nèi)徑需要做相應(yīng)調(diào)整。
[0033]優(yōu)選地，所述石英毛細(xì)管可以替換為空心光纖、邊孔光纖、光子晶體光纖等。
[0034]上述一種光纖琺珀超聲水聽(tīng)器的制造方法，包括如下步驟:
[0035]S1、將光纖、外徑與光纖相同、內(nèi)徑小于光纖纖芯直徑的石英毛細(xì)管端部切平；
[0036]S2、使用光纖熔接機(jī)將石英毛細(xì)管切平端部熔接在光纖切平端；
[0037]S3、在高倍顯微鏡下，保留適當(dāng)長(zhǎng)度石英毛細(xì)管，將剩余石英毛細(xì)管垂直切除；
[0038]S4、將切平后的石英毛細(xì)管端面和光纖端面鍍上高反膜。
[0039]上述一種光纖琺珀超聲水聽(tīng)器的制造方法，包括如下步驟:
[0040]S1、將光纖、外徑與光纖相同、內(nèi)徑大于光纖纖芯直徑的石英毛細(xì)管端部切平；
[0041]S2、使用光纖熔接機(jī)將石英毛細(xì)管切平端部熔接在光纖切平端，并將石英毛細(xì)管熔接部位塌陷成錐孔，使得錐孔最小內(nèi)徑小于單模光纖纖芯內(nèi)徑；
[0042]S3、在高倍顯微鏡下，保留適當(dāng)長(zhǎng)度石英毛細(xì)管，將剩余石英毛細(xì)管垂直切除；
[0043]S4、將切平后的石英毛細(xì)管端面和光纖端面鍍上高反膜。
[0044]所述光纖琺珀超聲水聽(tīng)器工作原理為:光沿單模光纖I傳播(主要分布于光纖纖芯)時(shí)，到達(dá)第一反射面4時(shí)，由于石英毛細(xì)管內(nèi)徑小于纖芯，纖芯中一部分光在光纖端面反射，剩余光進(jìn)入石英毛細(xì)管3到達(dá)第二反射面5后，反射回光纖，兩部分反射光干涉形成光譜。將水聽(tīng)器置于水中的超聲場(chǎng)中，水聽(tīng)器琺珀腔腔長(zhǎng)，即石英毛細(xì)管3長(zhǎng)度會(huì)由于聲場(chǎng)的振動(dòng)發(fā)生變化，干涉光譜也隨之改變;因此干涉光譜可以反映超聲場(chǎng)的特征。
[0045]實(shí)施例1
[0046]步驟一、如圖1，將康寧公司生產(chǎn)的內(nèi)徑9μηι、外徑125μηι的單模光纖I的一端以及內(nèi)徑5μπι、外徑125μπι的石英毛細(xì)管3的一端用光纖切割刀切平；
[0047]步驟二、使用日本FITELS183光纖熔接機(jī)，調(diào)節(jié)光纖熔接機(jī)放電強(qiáng)度參數(shù)為100和放電時(shí)間280ms，放電I次，將石英毛細(xì)管3切平端部熔接在單模光纖I切平端部；
[0048]步驟三、在高倍顯微鏡下，在離熔接點(diǎn)119μπι處，用光纖切割刀將石英毛細(xì)管切斷；
[0049]步驟四、通過(guò)原子層沉積的辦法在反射面4和反射面5上鍍一層厚度為10nm鈾原子膜6，即可獲得一種光纖琺珀超聲水聽(tīng)器。
[0050]實(shí)施例2
[0051 ] 步驟一、如圖2，將康寧公司生產(chǎn)的外徑125μηι、纖芯9μηι的單模光纖I的一端以及內(nèi)徑20μπι、外徑125μπι的石英毛細(xì)管3的一端用光纖切割刀切平；
[0052]步驟二、使用日本FITELS183光纖熔接機(jī)，調(diào)節(jié)光纖熔接機(jī)放電強(qiáng)度參數(shù)為100和放電時(shí)間660ms，放電I次，將石英毛細(xì)管3的切平端部熔接在單模光纖I的切平端部；
[0053]步驟三、在高倍顯微鏡下，在離熔接點(diǎn)230μπι處，用光纖切割刀將石英毛細(xì)管3切斷；
[0054]步驟四、通過(guò)原子層沉積的辦法在反射面4和反射面5上鍍一層厚度為10nm鈾原子膜6，即可獲得一種光纖琺珀超聲水聽(tīng)器。
[0055]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型光纖琺珀超聲水聽(tīng)器，其特征在于:包括光纖和熔接在光纖端部的石英毛細(xì)管，所述石英毛細(xì)管端面和石英毛細(xì)管正對(duì)的光纖的端面均鍍有高反膜。 石英毛細(xì)管外徑與光纖外徑相同。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖琺珀超聲水聽(tīng)器，其特征在于:所述石英毛細(xì)管的內(nèi)徑小于光纖纖芯的直徑。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖琺珀超聲水聽(tīng)器，其特征在于:所述石英毛細(xì)管的內(nèi)徑大于光纖纖芯直徑，石英毛細(xì)管連接處塌陷形成錐孔，錐孔的最小內(nèi)徑小于光纖纖芯直徑。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖琺珀超聲水聽(tīng)器，其特征在于:所述光纖為單模光纖、多模光纖或者其他種類(lèi)光纖。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖琺珀超聲水聽(tīng)器，其特征在于:所述石英毛細(xì)管可以替換為空心光纖、邊孔光纖、光子晶體光纖。6.如權(quán)利要求1所述的一種光纖琺珀超聲水聽(tīng)器的制造方法，其特征在于，包括如下步驟: S1、將光纖、外徑與光纖相同、內(nèi)徑小于光纖纖芯直徑的石英毛細(xì)管端部切平； S2、使用光纖熔接機(jī)將石英毛細(xì)管切平端部熔接在光纖切平端； S3、在高倍顯微鏡下，保留適當(dāng)長(zhǎng)度石英毛細(xì)管，將剩余石英毛細(xì)管垂直切除； S4、將切平后的石英毛細(xì)管端面和光纖端面鍍上高反膜。7.如權(quán)利要求1所述的一種光纖琺珀超聲水聽(tīng)器的制造方法，其特征在于，包括如下步驟: S1、將光纖、外徑與光纖相同、內(nèi)徑大于光纖纖芯直徑的石英毛細(xì)管端部切平； S2、使用光纖熔接機(jī)將石英毛細(xì)管切平端部熔接在光纖切平端，并將石英毛細(xì)管熔接部位塌陷成錐孔，使得錐孔最小內(nèi)徑小于單模光纖纖芯內(nèi)徑； S3、在高倍顯微鏡下，保留適當(dāng)長(zhǎng)度石英毛細(xì)管，將剩余石英毛細(xì)管垂直切除； S4、將切平后的石英毛細(xì)管端面和光纖端面鍍上高反膜。
【文檔編號(hào)】G02B6/30GK105865614SQ201610411785
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年6月14日
【發(fā)明人】賈平崗, 熊繼軍, 房國(guó)成, 王代華
【申請(qǐng)人】中北大學(xué), 重慶大學(xué)