飛秒激光加工的光纖法珀腔應(yīng)變溫度特性及復(fù)用解調(diào)方法研究.pdf

1、光纖傳感技術(shù)憑借其抗干擾能力強(qiáng)、本質(zhì)安全、可遠(yuǎn)程控制等優(yōu)點(diǎn)倍受科研工作人員的青睞。而光纖法珀干涉(FPI)傳感器作為功能型光纖傳感器中極為重要的一類(lèi)，相對(duì)于其它光纖傳感器而言，在分辨率、精度、動(dòng)態(tài)范圍以及實(shí)現(xiàn)方式等方面優(yōu)勢(shì)明顯，也是發(fā)展最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的光纖傳感器之一。 本文首先對(duì)光纖法珀傳感器的原理、復(fù)用和應(yīng)用做了較為詳細(xì)的綜述，指出了光纖法珀傳感器在制作方法和復(fù)用信號(hào)解調(diào)方面的不足之處。本課題擬在前人工作的基礎(chǔ)上，提出

2、全新的微小型法珀傳感器制作技術(shù)，探索具有更高復(fù)用效率的解調(diào)算法，為實(shí)現(xiàn)法珀傳感器的大規(guī)模應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 主要工作和成果如下： Ⅰ.首次提出了基于飛秒激光微加工技術(shù)的微小型光纖法珀傳感器制作方法。與傳統(tǒng)的法珀傳感器制作方法相比，飛秒激光加工技術(shù)不需要昂貴的掩模版，通過(guò)計(jì)算機(jī)的精確控制，可以進(jìn)行微米量級(jí)的光纖FPI傳感器的制作，重復(fù)性高，成本低廉，更易于實(shí)現(xiàn)光纖法珀傳感器的批量加工。通過(guò)與西安光機(jī)所瞬態(tài)光學(xué)與光子技術(shù)國(guó)

3、家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室合作，采用摻鈦藍(lán)寶石飛秒激光器，經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，作者成功在普通單模光纖上制作出了性能良好的微小型EFPI傳感器(MEFPI)。 Ⅱ.對(duì)飛秒激光制作的MEFPI完成了其應(yīng)變特性和溫度特性的測(cè)試。在此之前，文中首先從理論上推導(dǎo)了MEFPI的干涉特性與其結(jié)構(gòu)，尤其是端面反射率的關(guān)系，通過(guò)氫氟酸腐蝕的方法，優(yōu)化了MEFPI的結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能。酸蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論推導(dǎo)相吻合。應(yīng)變實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：MEFPI作為應(yīng)變傳感器，其應(yīng)變與同一干

4、涉級(jí)次的極大值對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的漂移量呈良好的線性關(guān)系，在0～350με范圍內(nèi)，應(yīng)變靈敏度為0.006nm/με；溫度實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)MEFPI具有負(fù)的溫度效應(yīng)，其溫度靈敏度為-0.0021nm/με，并從熱力學(xué)的角度定性地比較了傳統(tǒng)FP與MEFPI不同溫度效應(yīng)的原因。 Ⅲ.在現(xiàn)有的硬件系統(tǒng)基礎(chǔ)上，鑒于MEFPI的腔長(zhǎng)太短(一般小于100um)，干涉條紋數(shù)量太少(1-2個(gè))，導(dǎo)致其復(fù)用較為困難。因此，本文以長(zhǎng)腔長(zhǎng)(腔長(zhǎng)大于200um)的法珀傳