(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 202210654277.0 (22)申请日 2022.06.10 (71)申请人 复旦大学 地址 200433 上海市杨 浦区邯郸路2 20号 (72)发明人 肖力敏　熊聪　王草源　 (74)专利代理 机构 上海正旦专利代理有限公司 31200 专利代理师 陆飞　陆尤 (51)Int.Cl. G01D 5/353(2006.01) G01D 21/02(2006.01) G03F 7/00(2006.01) (54)发明名称 一种多芯光纤端面多参量传感器及其制备 方法 (57)摘要 本发明属于光纤传感技术领域， 具体为一种 多芯光纤端面多参量传感器及其制备方法。 本发 明包括： 具有多个纤芯的多芯光纤； 位于多芯光 纤端面的多终端微悬臂梁， 通过 飞秒激光双光子 聚合技术在多芯光纤端面打印得到； 位于微悬臂 梁多个终端上表面的功能性材料， 通过磁控溅射 镀膜技术及微操作手涂覆工艺修饰于微悬臂梁 上表面。 本发 明提出的多芯光纤端面多参量传感 器及其制备方法， 可以选择对不同物理量敏感的 功能性材料， 使各微悬臂梁终端对不同物理量具 备单一选择性响应， 实现对多物理量的同时测 量， 具有小尺寸、 灵活设计、 高灵敏度的特点， 有 效解决复杂环境下对 多参量测量的难题。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115077583 A 2022.09.20 CN 115077583 A 1.一种多芯光纤端面多参量传感器， 其特征在于， 包括： 多芯光纤和位于多芯光纤端面 的微悬臂梁； 微悬臂梁包括支撑块和多个微悬臂梁终端； 支撑块连接光纤端面和多个微悬 臂梁终端； 所述多芯光纤端面微悬臂梁是通过飞秒激光双光子聚合技术在多芯光纤端面一 次打印得到； 所述多个微悬臂梁终端遮挡 各个纤芯， 形成多个法布里珀罗干涉仪传感核心 部件； 所述各个微悬臂梁终端修饰有对不同物理敏感的功能性材料， 使各微悬臂梁终端对不 同参量具备单一选择性的响应， 利用多芯光纤多信道的优势， 实现对多参 量的同时测量。 2.根据权利要求1所述的多芯光纤端面多参量传感器， 其特征在于， 所述支撑块位于微 悬臂梁结构的几何中心， 并位于多芯光纤中间芯的位置， 以连接微悬臂梁和光纤端面。 3.根据权利要求2所述的多芯光纤端面多参 量传感器， 其特 征在于， 所述多芯光纤的纤芯数为 N， N≥2； 所述微悬臂梁的终端数为M， M≥2； 所述支撑块圆柱型或方柱型， 长度为5~150 μm。 4.根据权利要求3所述的多芯光纤端面多参量传感器， 其特征在于， 所述微悬臂梁各终 端的宽度、 长度及位置， 根据所用多芯光纤的芯直径和芯 间距而调整， 使得形成的法布里珀 罗干涉仪具 备高质量的光谱。 5.根据权利要求3所述的多芯光纤端面多参量传感器， 其特征在于， 所述微悬臂梁终端 的厚度为2~10 μm。 6.如权利要求1 ‑5之一所述多芯光纤端面多参量传感器的制备方法， 其特征在于， 具体 步骤为： （1） 根据所述多芯光纤的芯直径和芯间距， 设计匹配的微悬臂梁结构； （2） 使用光纤夹具将多芯光纤装配至3D光刻机平台， 调整聚焦平台， 通过高数值孔径物 镜聚焦飞秒激光， 配合精密位移 平台， 对步骤 （2） 所设计的微悬臂梁进行打印； （3） 将步骤 （2） 所打印的微悬臂梁放置于显影液中， 去除为固化的光刻胶， 并利用紫外 光照射显影完的微悬臂梁以进一 步加强固化； （4） 利用磁控溅射技术或微操作手涂覆工艺将功能性材料修饰于步骤 （3） 所加固后的 微悬臂梁终端的上表面。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115077583 A 2一种多芯光纤端面多参量传感器及其制备方 法 技术领域 [0001]本发明属于光纤传感技术领域， 具体涉及 一种多芯光纤端面多参量传感器及 其制 备方法。 背景技术 [0002]光纤传感器具有灵敏度高、 尺寸小、 灵活性强、 可远程监控等诸多优势， 已成为许 多行业的高效、 低成本的解决方案。 此外， 光纤传感器在强电磁场、 高压、 核辐射、 爆炸性或 化学腐蚀性介质、 高温等恶劣环境条件 下仍能使用。 然而， 现有光纤传感的研究主要集中在 单芯光纤传感技术， 单芯光纤通常只可单独地解调应变、 温度、 弯曲、 位移 等其中某一参量， 使用现有光纤传感器进行多参数感知 采集与解调， 则往往需要分别布设多根单芯光纤传感 器及各自独立的采集系统， 结构复杂， 成本也大 大提高。 [0003]随着光纤制备水平的提高和技术发展， 为了增加单根光纤的空间利用率、 提高通 信容量， 有关多芯光纤的研究和应用快速发展。 多芯光纤可以将若干彼此独立的纤芯集成 到一根光纤中， 每根纤芯都是一根独立通路， 纤芯间串扰低， 信号衰减性一致， 在空分复用 通信传输领域具有极高的应用潜力， 在空间结构、 传输集 成、 温度同步补偿等传感应用方面 也具有显著优势。 然而， 目前基于多芯光纤的多参量传感器通常是在光纤轴向上对纤芯进 行折射率调制而实现的， 可实现的微纳结构和可修饰的功 能性材料相对有限， 可测 量的参 量主要集中在温度、 扭转、 弯曲等物理量。 [0004]通过将功能性材料和微纳结构集成到光纤端面， 可形成各种多功能光子器件。 光 纤的平整端面是一种独特 的非常规平台， 具有微米尺寸的横截面积和极大 的纵横尺寸比， 可实现丰富的复杂微纳结构， 已在远程光学传感、 成像、 整形等领域被广泛研究。 在目前 的 光纤端面微纳结构研究中， 多采用只存在一个耦合通道的单芯光纤进行， 然而在光纤端面 结构设计过程中， 必须考虑光从光纤耦合出去和收集回光纤的方式， 这对于只具有单根纤 芯的光纤端面是十分困难的， 因此对微纳结构的设计具有极大的局限性。 在多芯光纤的端 面上， 每个 芯都可作为一个端口， 用于将光耦合进或耦合出光纤， 这极大地扩展了光纤端面 的功能化光学配置设计空间。 通过利用精密的三维加工技术， 能够在多芯光纤端面制 造微 小的微纳结构， 利用多根纤芯空分 复用的优势， 可实现多参量的同时测量， 且端面的功能性 修饰处理方式相较于光纤侧面更简单灵活。 发明内容 [0005]本发明的目的是提供尺寸小、 设计灵活、 灵敏度 高的多芯光纤端面多参量传感器 及其制备 方法。 [0006]本发明提出的多芯光纤端面多参 量传感器， 包括： 多芯光纤， 即单根 光纤的包层内含有 多根并行的纤芯； 微悬臂梁， 包括支撑块和多个微悬臂梁终端； 所述微悬臂梁位于多芯光纤端面， 支撑块连接光纤端面和多个微悬臂梁终端； 所说　明　书 1/4 页 3 CN 115077583 A 3