(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210462781.0 (22)申请日 2022.04.28 (71)申请人 西湖大学 地址 310024 浙江省杭州市西湖区转塘街 道石龙山 街18号 (72)发明人 曹思敏　尚兴港　王宁　仇旻　 (74)专利代理 机构 杭州知闲专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 33315 专利代理师 黄燕 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/41(2006.01) (54)发明名称 一种基于光纤的FP腔折 射率传感器及系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于光纤的FP腔折射率 传感器， 包括单模光纤以及固定在单模光纤端面 上的3D微纳结构， 该3D微纳结构包括： 正对单模 光纤端面设置的腔板； 将腔板与单模光纤端面相 互固定的一个或多个连接柱； 所述单模光纤端面 和所述腔 板之间形成镂空的液体腔 。 所述折射率 传感器是采用双光子聚合3D打印技术在光纤端 面直接制备而成， 该技术制备流程简单且加工精 度高， 结合高性能光刻胶， 所制备的微纳结构具 有极低的表面粗糙度(一般低于40nm)。 此外， 经 过充足时间的紫(外)光固化， 传感器也兼有较高 的机械强度。 总之， 本发明提供的基于光纤的FP 腔折射率传感器可同时兼顾制备流程简单、 表面 光滑和机 械强度高等优点。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 114894713 A 2022.08.12 CN 114894713 A 1.一种基于光纤的FP腔折射率传感器， 其特征在于， 包括单模光纤以及固定在单模光 纤端面上的3D微纳结构， 该3D微纳结构包括： 正对单模光纤端面设置的腔板； 将腔板与单模光纤端面相互固定的一个或多个连接柱； 所述单模光纤端面和所述腔板之间形成镂空的液体腔。 2.根据权利要求1所述的基于光纤的FP腔折射率传感器， 其特征在于， 所述3D微纳结构 还包括固定在单模光纤端面上 的基座， 该基座中心设有光束避让孔； 所述腔板利用所述连 接柱与所述基座相互固定 。 3.根据权利要求1所述的基于光纤的FP腔折射率传感器， 其特征在于， 所述3D微纳结构 为一体结构。 4.根据权利要求1所述的基于光纤的FP腔折射率传感器， 其特征在于， 所述3D微纳结构 利用双光子聚合3D打印工艺制备 得到。 5.根据权利要求2所述的基于光纤的FP腔折射率传感器， 其特征在于， 所述基座为圆环 基座， 所述腔板为圆盘结构， 所述腔板、 基座与单模光纤端面中心同轴设置 。 6.根据权利要求5所述的基于光纤的FP腔折射率传感器， 其特征在于， 所述连接柱为多 个时， 多个连接柱沿圆环基座周向均匀布置 。 7.根据权利要求5所述的基于光纤的FP腔折射率传感器， 其特征在于， 所述圆环基座内 圆直径大于单模光纤的模场直径， 外圆直径小于等于单模光纤的外径； 所述连接柱长度为 20～100 μm； 所述圆盘结构直径大于等于单模光纤的模场直径。 8.根据权利要求5或6所述的基于光纤的FP腔折射率传感器， 其特征在于， 所述连接柱 沿圆环基座周向宽度总和小于其所在圆周 周长的15％。 9.根据权利要求1所述的基于光纤的FP腔折射率传感器， 其特征在于， 所述液体腔 沿光 束传播方向的高度为3 0～90 μm。 10.一种基于光纤的FP腔折射率传感系统， 其特征在于， 包括： 可调谐激光器、 光纤连接 器、 光功率计和权利要求1 ‑9中任一项所述的基于光纤的FP腔折射率传感器； 所述可调谐激 光器与所述光纤连接器的第一端连接， 所述光纤连接器的第二端与所述光功率计连接， 所 述光纤连接器的第三端与所述基于光纤的FP腔折 射率传感器连接 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114894713 A 2一种基于光纤的FP腔折射率传感器及系统 技术领域 [0001]本发明涉及光纤传感器技术领域， 尤其涉及一种基于光纤的FP腔折射率传感器及 系统。 背景技术 [0002]基于光纤的法布里 ‑珀罗(FP)腔折射率传感器具有结构紧凑、 灵敏度高、 抗环境 (温度、 电磁场等)干扰、 线性响应等优点， 已经被广泛应用于生物化学、 药物分析和环境监 测等领域。 [0003]目前， 光纤FP腔折射率传感器主要是基于飞秒激光烧蚀、 聚焦离子束刻蚀和光纤 拼接等方法制备。 其中采用飞秒激光烧蚀制备的FP腔通常表面粗糙度较差， 从而影响表面 光学反射(文献1： Optical  fiber Fabry‑Perot interferometer  cavity fabricated  by  femtosecond  laser micromachining  and fusion splicing  for refractive  index  sensing， C.R.Liao,T.Y.Hu,and  D.N.Wang*， 24September  2012/Vol.20,No.20/OPTICS   EXPRESS 22813)。 当反射 率降低时， 会降低FP腔的品质因子(Q ‑factor)， 降低检测精度。 [0004]聚焦离子束刻蚀(Simultaneous  measurement  of temperature  and refractive   index using focused ion beam milled Fabry‑Perot cavities  in optical fiber  micro‑tips， Ricardo  M.André,1,2,*Stephen  C.Warren ‑Smith,2Martin  Becker,2Jan   Dellith,2Manfred  Rothhardt,2M.I.Zibaii,3H.Latifi,3Manuel  B.Marques,1Hartmut   Bartelt,2and  Orlando 27Jun 2016|Vol.24,No.13|DOI:10.1364/OE.24.014053 |OPTICS EXPRESS 14053)虽然可以加工出较为光滑的FP腔结构， 但是为了降低刻蚀时间， 光纤直径通常需要被拉锥至低于40 μm， 而极小的光纤直径显著降低了传感器的机械强度， 使其容易折断。 [0005]光纤拼接(Temperature ‑insensitive  refractive  index sensing by use of  micro Fabry–Pérot cavity based on simplified  hollow‑core photonic  crystal  fiber， Ying  Wang,1,2D.N.Wang,1,*C.R.Liao,1Tianyi  Hu,1Jiangtao  Guo,3 and  Huifeng Wei3， February  1,2013/Vol.38,No.3/OPTICS  LETTERS 269)是指将不同种类光 纤直接或错位拼接在一起， 在两个拼接界面之间便形成了FP腔结构 。 然而， 这种制备方法通 常需要进行多次光纤切割和拼接操作， 工艺复杂且非常耗时。 [0006]专利文献CN10 1464408A公开了一种光纤法珀折射率传感器及其制造方法， 该文献 中， 光纤法珀折射率传感器包括光纤和被接光纤， 所述光纤和被接光纤连接在一起， 并形成 FP腔， 在所述光纤的外端面有微孔， 所述微孔与所述FP腔相通。 该方法通过激光加 工FP腔， 实际上是将飞秒激光烧蚀和光纤拼接两种工艺相结合， 所以该文献方法存在飞秒激光烧蚀 和光纤拼接 两种工艺本身存在的弊端。 [0007]因此， 亟需发展一种新的光纤FP腔折射率传感器制 备方法， 以解决现有的该类传 感器无法同时兼顾制备简单、 表面 光滑和高机 械强度的问题。说　明　书 1/5 页 3 CN 114894713 A 3