一种新型光纤珐珀超声水听器及其制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型光纤珐珀超声水听器及其制作方法，该水听器可以用于测量高强度聚焦声场，包括光纤和熔接在光纤端部的石英毛细管，所述石英毛细管端面和石英毛细管正对的光纤的端面均镀有高反膜，石英毛细管外径与单模光纤外径相同，内径小于单模光纤纤芯直径；若使用的石英毛细管内径大于光纤纤芯直径，可以适当增大熔接强度，使石英毛细管前端塌陷至内径小于光纤纤芯直径。本发明所得的新型光纤珐珀超声水听器具有结构简单，干涉信号强，强度高、空间分辨率高，灵敏度高等优点，且能够承受hifu声场的高声压、高温。
【专利说明】
一种新型光纤珐珀超声水听器及其制作方法
技术领域
[0001]本发明属于光纤传感领域，主要涉及一种新型光纤珐珀超声水听器及其制作方法。
【背景技术】
[0002]光纤超声水听器是用来测量高强度聚焦超声(high intensity focusedultrasound，hifu)声场的水听器中尤为重要的一种，由于hifu声场的焦点处，声强、声压、温度非常高，并伴随极强的非线性高次谐波，hifu声场呈椭球状(长轴约6mm?10mm，短轴约为imm)，因此要求测量hifu声场的超声传感设备的直径不得大于0.5mm。当前，测量hifu声场的超声传感设备主要有pvdf(聚偏氟乙烯)压电水听器、光纤探头水听器、光纤端光纤fbg(fiber bragg grating，布拉格光栅)水听器等，这几种方法都存在着分辨率不够，灵敏度低等缺点，而光纤珐珀超声水听器巧妙地避开了这些缺点。
[0003]制作光纤珐珀超声水听器的关键是构造两个高机械强度的平行反射面。目前，常用于制作光纤珐珀超声水听器的方法是将两段光纤相对地固定在一段毛细石英管中。但由于石英本身反射率低，而这种方法又难以通过镀膜提高光纤端面反射率，限制了光纤珐珀超声水听器干涉信号的优化。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种新型光纤珐珀超声水听器及其制作方法，所得的超声水听器具有结构简单、信号好、强度高等优点，能够承受hifu声场的高声压、高温，且具有高空间分辨率、高灵敏度的特性。
[0005]为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下:
[0006]—种新型光纤珐珀超声水听器，包括光纤和熔接在光纤端部的石英毛细管，所述石英毛细管端面和石英毛细管正对的光纤的端面均镀有高反膜，以提高反射率，石英毛细管外径与光纤外径相同。
[0007]优选地，所述石英毛细管的内径小于光纤纤芯的直径。
[0008]优选地，所述石英毛细管的内径大于光纤纤芯直径，可适当增大熔接强度，石英毛细管连接处塌陷形成锥孔，锥孔的最小内径小于光纤纤芯直径。
[0009]优选地，所述光纤为单模光纤、多模光纤或者其他种类光纤，此时毛细石英管的内径需要做相应调整。
[0010]优选地，所述石英毛细管可以替换为空心光纤、边孔光纤、光子晶体光纤等。
[0011]上述一种光纤珐珀超声水听器的制造方法，包括如下步骤:
[0012]s1、将光纤、外径与光纤相同、内径小于光纤纤芯直径的石英毛细管端部切平；
[0013]s2、使用光纤熔接机将石英毛细管切平端部熔接在光纤切平端；
[0014]s3、在高倍显微镜下，保留适当长度石英毛细管，将剩余石英毛细管垂直切除；
[0015]s4、将切平后的石英毛细管端面和光纤端面镀上高反膜。
[0016]上述一种光纤珐珀超声水听器的制造方法，包括如下步骤:
[0017]s1、将光纤、外径与光纤相同、内径大于光纤纤芯直径的石英毛细管端部切平；
[0018]s2、使用光纤熔接机将石英毛细管切平端部熔接在光纤切平端，并将石英毛细管熔接部位塌陷成锥孔，使得锥孔最小内径小于单模光纤纤芯内径；
[0019]s3、在高倍显微镜下，保留适当长度石英毛细管，将剩余石英毛细管垂直切除；
[0020]s4、将切平后的石英毛细管端面和光纤端面镀上高反膜。
[0021]本发明具有以下有益效果:
[0022]所得的新型光纤珐珀超声水听器具有结构简单，干涉信号强，强度高、空间分辨率高，灵敏度高等优点，且能够承受hifu声场的高声压、高温。
【附图说明】
[0023]图1是本发明实施例中石英毛细管内径小于光纤纤芯直径时光纤珐珀超声水听器的结构示意图。
[0024]图2是本发明实施例中石英毛细管内径小于光纤纤芯直径时光纤珐珀超声水听器的结构示意图。
[0025]图3为本发明实施例中当石英毛细管长度为119μπι时，传感器镀高反膜后，1510-1590nm波段的的干涉光谱图。
[0026]图中:1-光纤，2-光纤纤芯，3-石英毛细管，4-第一反射面，5-第二反射面，6_高反膜。
[0027]具体实施
[0028]为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0029]如图1-图2所示，本发明实施例提供了一种新型光纤珐珀超声水听器，包括光纤i和熔接在光纤端部的石英毛细管3，所述石英毛细管3端面和石英毛细管i正对的光纤的端面均镀有高反膜6，以提高反射率，石英毛细管外径与光纤外径相同。
[0030]优选地，所述石英毛细管3的内径小于光纤纤芯2的直径。
[0031 ]优选地，所述石英毛细管3的内径大于光纤纤芯2的直径，可适当增大熔接强度，石英毛细管3连接处塌陷形成锥孔，锥孔的最小内径小于光纤纤芯直径。
[0032]优选地，所述光纤为单模光纤、多模光纤或者其他种类光纤，此时毛细石英管的内径需要做相应调整。
[0033]优选地，所述石英毛细管可以替换为空心光纤、边孔光纤、光子晶体光纤等。
[0034]上述一种光纤珐珀超声水听器的制造方法，包括如下步骤:
[0035]s1、将光纤、外径与光纤相同、内径小于光纤纤芯直径的石英毛细管端部切平；
[0036]s2、使用光纤熔接机将石英毛细管切平端部熔接在光纤切平端；
[0037]s3、在高倍显微镜下，保留适当长度石英毛细管，将剩余石英毛细管垂直切除；
[0038]s4、将切平后的石英毛细管端面和光纤端面镀上高反膜。
[0039]上述一种光纤珐珀超声水听器的制造方法，包括如下步骤:
[0040]s1、将光纤、外径与光纤相同、内径大于光纤纤芯直径的石英毛细管端部切平；
[0041]s2、使用光纤熔接机将石英毛细管切平端部熔接在光纤切平端，并将石英毛细管熔接部位塌陷成锥孔，使得锥孔最小内径小于单模光纤纤芯内径；
[0042]s3、在高倍显微镜下，保留适当长度石英毛细管，将剩余石英毛细管垂直切除；
[0043]s4、将切平后的石英毛细管端面和光纤端面镀上高反膜。
[0044]所述光纤珐珀超声水听器工作原理为:光沿单模光纤i传播(主要分布于光纤纤芯)时，到达第一反射面4时，由于石英毛细管内径小于纤芯，纤芯中一部分光在光纤端面反射，剩余光进入石英毛细管3到达第二反射面5后，反射回光纤，两部分反射光干涉形成光谱。将水听器置于水中的超声场中，水听器珐珀腔腔长，即石英毛细管3长度会由于声场的振动发生变化，干涉光谱也随之改变;因此干涉光谱可以反映超声场的特征。
[0045]实施例1
[0046]步骤一、如图1，将康宁公司生产的内径9μηι、外径125μηι的单模光纤i的一端以及内径5μπι、外径125μπι的石英毛细管3的一端用光纤切割刀切平；
[0047]步骤二、使用日本fitels183光纤熔接机，调节光纤熔接机放电强度参数为100和放电时间280ms，放电i次，将石英毛细管3切平端部熔接在单模光纤i切平端部；
[0048]步骤三、在高倍显微镜下，在离熔接点119μπι处，用光纤切割刀将石英毛细管切断；
[0049]步骤四、通过原子层沉积的办法在反射面4和反射面5上镀一层厚度为10nm铀原子膜6，即可获得一种光纤珐珀超声水听器。
[0050]实施例2
[0051 ] 步骤一、如图2，将康宁公司生产的外径125μηι、纤芯9μηι的单模光纤i的一端以及内径20μπι、外径125μπι的石英毛细管3的一端用光纤切割刀切平；
[0052]步骤二、使用日本fitels183光纤熔接机，调节光纤熔接机放电强度参数为100和放电时间660ms，放电i次，将石英毛细管3的切平端部熔接在单模光纤i的切平端部；
[0053]步骤三、在高倍显微镜下，在离熔接点230μπι处，用光纤切割刀将石英毛细管3切断；
[0054]步骤四、通过原子层沉积的办法在反射面4和反射面5上镀一层厚度为10nm铀原子膜6，即可获得一种光纤珐珀超声水听器。
[0055]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种新型光纤珐珀超声水听器，其特征在于:包括光纤和熔接在光纤端部的石英毛细管，所述石英毛细管端面和石英毛细管正对的光纤的端面均镀有高反膜。 石英毛细管外径与光纤外径相同。2.根据权利要求1所述的光纤珐珀超声水听器，其特征在于:所述石英毛细管的内径小于光纤纤芯的直径。3.根据权利要求1所述的光纤珐珀超声水听器，其特征在于:所述石英毛细管的内径大于光纤纤芯直径，石英毛细管连接处塌陷形成锥孔，锥孔的最小内径小于光纤纤芯直径。4.根据权利要求1所述的光纤珐珀超声水听器，其特征在于:所述光纤为单模光纤、多模光纤或者其他种类光纤。5.根据权利要求1所述的光纤珐珀超声水听器，其特征在于:所述石英毛细管可以替换为空心光纤、边孔光纤、光子晶体光纤。6.如权利要求1所述的一种光纤珐珀超声水听器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤: s1、将光纤、外径与光纤相同、内径小于光纤纤芯直径的石英毛细管端部切平； s2、使用光纤熔接机将石英毛细管切平端部熔接在光纤切平端； s3、在高倍显微镜下，保留适当长度石英毛细管，将剩余石英毛细管垂直切除； s4、将切平后的石英毛细管端面和光纤端面镀上高反膜。7.如权利要求1所述的一种光纤珐珀超声水听器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤: s1、将光纤、外径与光纤相同、内径大于光纤纤芯直径的石英毛细管端部切平； s2、使用光纤熔接机将石英毛细管切平端部熔接在光纤切平端，并将石英毛细管熔接部位塌陷成锥孔，使得锥孔最小内径小于单模光纤纤芯内径； s3、在高倍显微镜下，保留适当长度石英毛细管，将剩余石英毛细管垂直切除； s4、将切平后的石英毛细管端面和光纤端面镀上高反膜。
【文档编号】g02b6/30gk105865614sq201610411785
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月14日
【发明人】贾平岗, 熊继军, 房国成, 王代华
【申请人】中北大学, 重庆大学