一種光纖圓球微腔濕敏傳感技術的制作方法
【專利摘要】本發明為一種光纖圓球微腔濕敏傳感技術，即在加工好的圓球微腔的條件下實現微腔與錐形光纖的耦合。得到沒有水蒸氣(或者水蒸氣含量很少)的條件下的傳播光譜。然后再在相同耦合條件下(相同耦合距離、相同尺寸的微腔)進行水蒸氣測試。得到兩組不同的譜信號，從而用來探測環境濕度。
【專利說明】一種光纖圓球微腔濕敏傳感技術
【技術領域】
[0001]本發明涉及制作圓球微腔來對氣室水蒸氣進行傳感測試。
【背景技術】
[0002]近些年來，光學微腔以其極高的品質因數，在高靈敏傳感器等研究領域具有很強的發展優勢。圓球微腔中光是按照“回音壁”模式傳播的。基于此傳播模式的微腔是一種相當成功的高Q值微型腔。光波在腔內彎曲界面傳播時，會發生全反射，從而形成了沿界面半波長范圍內傳播的高Q值的模式，稱之為回音壁模式。也正因為如此，腔內的能量只有很小的一部分會泄露出腔體之外造成損失。因此，光學圓球微腔有很高的品質因數。
[0003]光波進入到圓球微腔是以一種“倏逝波”的方式傳播進入到微腔的。倏逝波的產生可利用多種耦合器，例如:耦合棱鏡、側拋光線等等。錐形光纖作為一種便于加工的高效率的耦合器件，得到了廣泛的應用。錐形光纖的加工采用熔融拉錐的辦法制備得到。耦合過程中的倏逝波傳播很容易受到周圍環境的影響，特別是對水蒸氣敏感。
【發明內容】
[0004]發明了一種基于圓球微腔的濕敏傳感技術，并在加工好圓球微腔后，實現微腔與錐形光纖的耦合，通過光譜變化來探測環境濕度。
【具體實施方式】
[0005]由于水分子對1550nm通訊波段的紅外光波具有較高的吸收效率，因此在激發光源上選擇可調諧的美國NEW-F0CUS公司的TLB-6328可調諧激光器，可調諧的波長范圍1520 ~1570nmo
[0006]實現錐型光纖的對準，即把兩個耦合用的錐型光纖對接，實現兩者之間的光波傳導。其中一個作為輸入通道，一個作為輸出通道。用高精度三維平移臺固定輸入通道，把輸出通道固定在三維壓電驅動的微位移調節臺上。輸入通道的另外一端接激光器。輸出通道的另外一端輸出到功率計探頭。具體操作如下:
[0007]打開激光器后，調節激光器的輸出功率為25 μ w并用功率計測試后記錄此數值(約為18 μ W)。然后調整控制輸出通道的錐形光纖的錐區靠近輸入通道錐型光纖的錐區，并上下左右不斷調試兩者之間的距離。此時，把輸出通道的輸出端對準功率計探頭，并繼續通過三維壓電驅動的微位移調節臺對輸出通道進行位置調節。通過讀取功率計顯示數據判斷兩錐型光纖是否對準。通過精確調節可以實現兩者較為理想的通光，得到的最佳的輸出功率為12μ?。整個的調節實驗是在光學監測系統的觀測下完成的。此時，固定系統，不再對兩個錐型光纖進行調節。
[0008]把圓球微腔的基片固定在自制的夾具上，并連同整個夾具固定在另外一個三維壓電驅動的微位移調節臺上。在監測系統的監測下靠近步驟I中搭建好的兩個相對的錐型光纖的錐區，其目的就是為了實現基于“倏逝波”的耦合。[0009]在監測系統的觀察下盡量讓圓球微腔接近錐區。然后設定可調激光器的掃描范圍:1530nm?1560nm,掃描速度為0.005nm/s。之后執行掃描,在不同量水蒸氣環境下觀測用Iibview采樣獲得的譜線。
[0010]在相同的耦合系統的條件下，在設定了相同的激勵方式(激光掃描)下，由于圓球微腔處于不同的環境下(有無水蒸氣)將導致透射光譜發生變化。因此，可以通過透射光譜的變化來測試有無水蒸氣。而且這種變化是明顯的，光學儀器很容易就能探測出來。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為傳感器光纖部分與圓球微腔部分照片(錐形光纖精準耦合對接)
[0012]圖2為錐形光纖精準耦合對接設計圖
[0013]圖3為兩個錐形光纖尖頭對接后加載圓球微腔形成濕敏傳感器的整體設計圖
[0014]圖4為加載了圓球微腔的光纖對接傳感器整體照片。
【權利要求】
1.先仿真軟件選擇BeamPROP軟件，在實驗之前先用軟件仿真。 然后進行實驗操作。在加工好的圓球微腔的條件下實現微腔與錐形光纖的耦合。得到沒有水蒸氣(或者水蒸氣含量很少)的條件下的傳播光譜。然后與在相同耦合條件下(相同耦合距離、相同尺寸的微腔)進行有水蒸氣測試。得到兩組不同的譜信號，由此精確探測水蒸氣。
2.根據權利要求1所述圓球微腔制備是通過光纖自己加工的直徑在150?250μ m的球腔。
3.根據權利要求1所述的實驗所用設備有: 激光器:美國NEW-FO⑶S公司的TLB-6328可調諧激光器，可調諧的波長范圍1520?1570nmo 紅外CCD:C0NT0UR-1R型近紅外CCD。 單錐光纖:Crystal Fibre公司提供的單錐光纖。 功率計:Newport 1830C功率計。 實驗監測系統(包括放大鏡頭和(XD)。 有機玻璃防塵罩。 Libview信號處理系統。 一定數量的普通單模光纖和若干三維調整臺和三維壓電驅動的微位移調節臺。
4.根據權利要求1所述實驗的實現步驟: 把圓球微腔的基片固定在自制的夾具上，并連同整個夾具固定在另外一個三維壓電驅動的微位移調節臺上。在監測系統的監測下靠近搭建好的兩個相對的錐型光纖的錐區，其目的就是為了實現基于“倏逝波”的耦合。具體操作如下: 首先在監測系統的觀察下盡量讓圓球微腔接近錐區。然后設定可調激光器的掃描范圍:1530nm?1560nm，掃描速度為0.005nm/s。之后執行掃描，觀測用Iibview采樣獲得的譜線。
5.根據權利要求4所述錐型光纖的對準實現過程: 把兩個耦合用的錐型光纖對接，實現兩者之間的光波傳導。其中一個作為輸入通道，一個作為輸出通道。用高精度三維平移臺固定輸入通道，把輸出通道固定在三維壓電驅動的微位移調節臺上。輸入通道的另外一端接激光器。輸出通道的另外一端輸出到功率計探頭。 打開激光器后，調節激光器的輸出功率為25 μ W，并用功率計測試后記錄此數值(約為18μ w)。然后調整控制輸出通道的錐形光纖的錐區靠近輸入通道錐型光纖的錐區，并上下左右不斷調試兩者之間的距離。此時，把輸出通道的輸出端對準功率計探頭，并繼續通過三維壓電驅動的微位移調節臺對輸出通道進行位置調節。通過讀取功率計顯示數據判斷兩錐型光纖是否對準。通過精確調節可以實現兩者較為理想的通光，得到的最佳的輸出功率為12μ W。整個的調節實驗是在光學監測系統的觀測下完成的。此時，固定系統，不再對兩個錐型光纖進行調節。
【文檔編號】G01N21/39GK103575697SQ201210288423
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年8月5日 優先權日:2012年8月5日
【發明者】葛羽屏, 朱詠梅, 楊瑩, 顧曉清 申請人:葛羽屏, 朱詠梅, 顧曉清