微納光纖Fabry-Perot 超低溫壓力傳感器研究

張雨彤，江毅，崔洋，馮新星

（1 北京理工大學光電學院信息光子技術工業和信息化部重點實驗室，北京 100081）

（2 包頭師范學院物理科學與技術學院，內蒙古包頭 014030）

0 引言

超低溫壓力傳感器是指在4～110 K 溫度范圍內能穩定工作的壓力傳感器。如今，液氫和液氧被廣泛用作航天器的燃料，這對超低溫環境下的壓力參數測量提出了需求。目前，已有報道采用電子傳感器來測量超低溫環境下的壓力，如壓阻式傳感器［1-2］和電容式傳感器［3］。但是，電子傳感器存在電磁干擾和安全隱患等問題，使其無法應用于惡劣和危險等場合中。

由于具有本征安全、能夠遠距離測量、抗電磁干擾、體積小、重量輕等優點，光纖傳感器已廣泛應用于各種特殊環境下的物理量的測量［4-6］。其中，光纖非本征法布里-珀羅干涉儀（Extrinsic Fabry-Perot Interferometer，EFPI）非常適合制作壓力傳感器，主要分為膜片式和無膜片式兩種。無膜片式的光纖壓力傳感器只能測量氣體壓力并且靈敏度受溫度影響大［7-8］。對于膜片式的壓力傳感器，要在超低溫環境下測量壓力，傳感器的整體結構及材料需要耐低溫。通過在光纖尖端上制造聚合物薄膜可以獲得高靈敏度的壓力傳感器［9-10］。但這種壓力傳感器只能在較窄的壓力范圍內工作，而且聚合物薄膜在超低溫環境下容易脫落。另一種是藍寶石壓力傳感器［11］。但這種傳感器制作過程復雜耗時，信號質量相對較差。由于沒有其他材料的引入，全光纖膜片式的壓力傳感器具有機械強度高、溫度穩定性好等特點，研究人員對制作方法進行了探索。……