一种基于柚子型微结构光纤集成的纤内微流传感结构制作方法

1.本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于柚子型微结构光纤集成的纤内微流传感结构制作方法。


背景技术：

2.光流控技术是基于光子与微流体技术相结合的一种新兴技术，已成为生化传感领域一个强大、智能、通用的传感平台，在现代医学、生物工程等诸多领域具有重要的研究意义和广泛的应用价值。然而大多数传统的光流控传感装置是通过将芯片上的微通道波导与附加的流体室和其他芯片外光学元件集成来构造的，在优化制作工艺、减小器件体积的问题上仍面临挑战，同时芯片与光纤的光耦合效率低、样品与光波导的接触面积有限等问题也严重限制了光流控的进一步发展。
3.基于微结构光纤的微流控技术有样品消耗低、灵敏度高、结构紧凑、易于集成和操作的显著优点，可以在光纤内部的微通道中实现光与微流体的相互作用，并解决了系统光耦合效率及光学集成度较低的问题。然而对于微结构光纤与普通光纤制造的微流控设备，为实现液体样品在光纤内部的进出，通常用飞秒激光技术在微结构光纤表面进行钻孔，这不仅成本昂贵，操作复杂，还会破坏微结构光纤的完整性和对称性。因此，有必要研发一种结构稳定、易于集成和操作的基于微结构光纤集成的纤内微流传感结构制作方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种结构稳定、易于集成和操作的基于柚子型微结构光纤集成的纤内微流传感结构制作方法，将微流控技术的优势与柚子型微结构光纤独特的光学特性相结合，解决了进出液孔的构造依赖飞秒激光钻孔的问题，进一步简化生化分析操作和实现微型化光流控平台。
5.为克服背景技术中存在的不足，本发明提出一种基于柚子型微结构光纤集成的纤内微流传感结构制作方法，所述的纤内微流传感结构制作方法包括以下步骤：
6.1)将一段单模光纤中间去除涂覆层，用酒精擦拭干净后在lds2.5光纤微加工平台上进行电弧放电拉锥，拉锥过程中单模光纤直径逐渐减小，拉锥后得到微纳光纤；
7.2)将步骤1)中拉锥后得到的微纳光纤在lds2.5光纤微加工平台上利用超声扰动技术在其锥腰中间处进行精确切割，得到两个端面平整的微纳光纤结构；
8.3)将一段柚子型微结构光纤去除涂覆层，用酒精擦拭干净后用光纤切割刀将两个端面切割平整；
9.4)将步骤2)中两个微纳光纤结构分别与步骤3)中柚子型微结构光纤的两端在商用熔接机上进行纤芯对准熔接。
10.进一步的，所述的单模光纤包层直径为125μm，纤芯直径为8μm；柚子型微结构光纤包层直径为130μm，纤芯直径为7μm，长度为3cm。
11.进一步的，拉锥后得到的微纳光纤包括锥形过渡区-锥腰平缓区-锥形过渡区三部分，锥区直径为30μm，平缓区长度为600μm，过渡区长度为900μm。
12.进一步的，将柚子型微结构光纤两端与微纳光纤结构熔接后，液体样品可通过熔接端面的空气孔空隙流入柚子型微结构光纤。
13.本发明具有的优点和积极效果是：
14.本发明提供了一种结构稳定、易于集成和操作的基于柚子型微结构光纤集成的纤内微流传感结构制作方法，实现了在光纤内部光与微流体的相互作用，利用柚子型微结构光纤独特的几何结构不仅能够传输光信号，同时也为微流样品的加载提供了天然通道，进一步简化生化分析操作和实现了微型化光流控平台。此外，本发明可以显著降低纤内微流传感结构的制作成本和难度，避免使用复杂的飞秒激光钻孔方法来构造进出液口。由于光纤光流控技术具有结构紧凑、抗电磁干扰、样品消耗低、灵敏度高、实时动态响应等优点，被广泛应用于诸多领域，所以本发明提出的纤内微流传感结构制作方法具有重要应用意义。
附图说明
15.图1为本发明提供的一种基于柚子型微结构光纤集成的纤内微流传感结构制作方法示意图。
16.图2为本发明提供的柚子型微结构光纤显微镜端面图。
17.图3为本发明提供的微纳光纤结构与柚子型微结构光纤熔接处的实验示意图
18.图4为本发明所设计的纤内微流传感结构封装后通入不同液体样品的透射光谱响应结果图。
19.图中：1为微纳光纤结构，2为柚子型微结构光纤，3为微纳光纤结构。
具体实施方式
20.为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
21.本实例提供了一种结构稳定、易于集成和操作的基于柚子型微结构光纤集成的纤内微流传感结构制作方法，传感结构由单模光纤拉锥切割后得到的微纳光纤结构(1)、柚子型微结构光纤(2)、微纳光纤结构(3)组成。
22.结合附图1，一种基于柚子型微结构光纤集成的纤内微流传感结构制作方法包括以下步骤：
23.步骤一：将一段单模光纤中间去除涂覆层，用酒精擦拭干净后在lds2.5光纤微加工平台上进行电弧放电拉锥，拉锥过程中单模光纤直径逐渐减小，拉锥后得到微纳光纤；
24.步骤二：将拉锥后得到的微纳光纤在lds2.5光纤微加工平台上利用超声扰动技术在其锥腰中间处进行精确切割，得到两个端面平整的微纳光纤结构；
25.步骤三：将一段柚子型微结构光纤去除涂覆层，用酒精擦拭干净后用光纤切割刀将两个端面切割平整；
26.步骤四：将步骤二中两个微纳光纤结构分别与步骤三中柚子型微结构光纤的两端在商用熔接机上进行纤芯对准熔接。
27.结合附图2，所述的柚子型微结构光纤包层直径为130μm，纤芯直径为7μm，长度为
3cm；单模光纤包层直径为125μm，纤芯直径为8μm。
28.结合附图3，拉锥后得到的微纳光纤包括锥形过渡区-锥腰平缓区-锥形过渡区三部分，锥区直径为30μm，平缓区长度为600μm，过渡区长度为900μm，将微纳光纤在锥腰中间处切割得到两个微纳光纤结构，柚子型微结构光纤两端与微纳光纤结构熔接后，液体样品可通过熔接端面的空气孔空隙流入柚子型微结构光纤，从而避免使用复杂的飞秒激光钻孔方法来构造进出液口。
29.结合附图4，将使用上述方法所制作的基于柚子型微结构光纤集成的纤内微流传感结构封装好并进行实验测试，超连续谱光谱提供的入射光通过单模光纤传输到传感器中，使用光谱分析仪对透射光谱进行分析。将ri范围为1.3338、1.3348、1.3369的液体样品溶液通入传感结构中，附图4为基于柚子型微结构光纤集成的光流控传感器通入不同液体样品的透射光谱响应结果图。从图中可以看出，随着柚子型微结构光纤内液体折射率从1.3338增加到1.3369，传感器的透射光谱向长波长方向漂移。经计算，基于柚子型微结构光纤集成的光流控传感器ri灵敏度约为4463.7nm/riu。
30.综上，本发明提供了一种结构稳定、易于集成和操作的基于柚子型微结构光纤集成的纤内微流传感结构制作方法，显著降低了纤内微流传感结构的制作成本和难度，避免使用复杂的飞秒激光钻孔方法来构造进出液口，进一步简化生化分析操作和实现了微型化光流控平台，在生化传感领域有广阔的应用前景。


技术特征：
1.一种基于柚子型微结构光纤集成的纤内微流传感结构制作方法，属于光纤传感技术领域，其特征在于，该方法分为以下步骤：(1)将一段单模光纤中间去除涂覆层，用酒精擦拭干净后在lds2.5光纤微加工平台上进行电弧放电拉锥，拉锥过程中单模光纤直径逐渐减小，拉锥后得到微纳光纤；(2)将拉锥后得到的微纳光纤在lds2.5光纤微加工平台上利用超声扰动技术在其锥腰中间处进行精确切割，得到两个端面平整的微纳光纤结构；(3)将一段柚子型微结构光纤去除涂覆层，用酒精擦拭干净后用光纤切割刀将两个端面切割平整；(4)将步骤2)中两个微纳光纤结构分别与步骤3)中柚子型微结构光纤的两端在商用熔接机上进行纤芯对准熔接。2.根据权利要求1所述的一种基于柚子型微结构光纤集成的纤内微流传感结构制作方法，其特征在于，所述的单模光纤包层直径为125μm，纤芯直径为8μm；柚子型微结构光纤包层直径为130μm，纤芯直径为7μm，长度为3cm。3.根据权利要求1所述的一种基于柚子型微结构光纤集成的纤内微流传感结构制作方法，其特征在于，所述的拉锥后得到的微纳光纤包括锥形过渡区-锥腰平缓区-锥形过渡区三部分，锥区直径为30μm，平缓区长度为600μm，过渡区长度为900μm。4.根据权利要求1所述的一种基于柚子型微结构光纤集成的纤内微流传感结构制作方法，其特征在于，所述的柚子型微结构光纤两端与微纳光纤结构熔接后，液体样品可通过熔接端面的空气孔空隙流入柚子型微结构光纤。

技术总结
本发明公开了一种基于柚子型微结构光纤集成的纤内微流传感结构制作方法，属于光纤传感技术领域，传感结构由单模光纤拉锥切割后得到的微纳光纤结构(1)、柚子型微结构光纤(2)、微纳光纤结构(3)组成。将单模光纤在LDS2.5光纤微加工平台上进行电弧放电拉锥，拉锥后在其锥腰中间处进行切割，得到两段微纳光纤结构，最后将柚子型微结构光纤两端分别与微纳光纤结构进行熔接，液体样品可通过熔接端面的空气孔空隙流入柚子型微结构光纤，从而避免使用复杂的飞秒激光钻孔方法来构造进出液口，显著降低了纤内微流传感结构的制作成本和难度，同时利用柚子型微结构光纤独特的几何结构不仅能够传输光信号，也为微流样品的加载提供了天然通道，进一步简化生化分析操作和实现了微型化光流控平台。光流控平台。光流控平台。


技术研发人员：吴继旋 刘笑 孙翰超 高鑫亮 黄开星
受保护的技术使用者：天津工业大学
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/9/22