基于光子晶體光纖的新型傳感器實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、光子晶體光纖的包層中一般包含了周期性排列的空氣孔陣列，其特殊的結(jié)構(gòu)使得這一類光纖具有傳統(tǒng)光纖所不具備的諸多特性，比如無(wú)截止單模傳輸，低非線性，寬傳輸帶寬，以及優(yōu)異的色散特性等。結(jié)構(gòu)上的多樣性和優(yōu)良的傳輸特性，使得基于這種光纖的傳感器件表現(xiàn)出出色的性能，并受到人們的極大關(guān)注。本論文采用飛秒激光微加工技術(shù)和光纖熔接技術(shù)，基于雙芯光子晶體光纖和簡(jiǎn)化空芯光子晶體光纖，通過(guò)實(shí)驗(yàn)制作了幾種新型光纖傳感器，并研究了這幾種傳感器的傳感特性。
　　

2、本研究主要內(nèi)容包括：⑴探討了光子晶體光纖的基本理論。包括全內(nèi)反射和光子帶隙效應(yīng)這兩種傳輸機(jī)制。討論了光纖結(jié)構(gòu)，比如空氣孔尺寸和排列參數(shù)等，對(duì)光纖傳輸特性的影響。介紹了制備光纖傳感器所使用的實(shí)驗(yàn)手段，包括飛秒激光微加工和光纖熔接技術(shù)等。討論了飛秒激光燒蝕的機(jī)制，以及其在微加工方面的優(yōu)勢(shì)。⑵采用飛秒激光微加工和光纖熔接技術(shù)，基于雙芯光子晶體光纖制作了光纖模式干涉儀器件。通過(guò)使用飛秒激光在光子晶體光纖端面引入微型錐狀結(jié)構(gòu)，成功的激發(fā)纖芯的高階

3、模式。使用Comsol Multiphysics軟件對(duì)雙芯光纖纖芯里面的模式進(jìn)行了仿真模擬，并根據(jù)仿真結(jié)果分析了參與干涉的光纖模式。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了干涉儀器件的應(yīng)力傳感特性和溫度傳感特性。⑶使用光纖熔接技術(shù)，制作了基于簡(jiǎn)化空心光子晶體光纖的干涉儀傳感器。通過(guò)在簡(jiǎn)化空心光子晶體光纖與單模光纖的熔點(diǎn)位置引入橫向錯(cuò)位的形式，將光子晶體光纖中的高階模式激發(fā)，實(shí)現(xiàn)模式干涉。使用COMSOL軟件計(jì)算了這種光纖的模式特性，仿真了參與干涉的模式的模場(chǎng)分布

4、圖。利用光纖中的模場(chǎng)分布的柱向?qū)ΨQ的特性，實(shí)現(xiàn)了彎曲角度傳感的方向無(wú)關(guān)特性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了這個(gè)光纖干涉儀器件的高溫穩(wěn)定特性。⑷采用飛秒激光輔助選擇性填充技術(shù)，將簡(jiǎn)化空芯光子晶體光纖的一個(gè)包層空氣孔填充酒精，制作了基于這種光纖的填充器件。介紹了這樣的填充器件的光譜特性，分析了光譜產(chǎn)生的原理，并使用一個(gè)雙層F-P腔的反諧振反射光波導(dǎo)的模型來(lái)描述實(shí)驗(yàn)光譜，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠很好的吻合。利用器件光譜與光纖表面反射系數(shù)的關(guān)系，將器件應(yīng)用于水位傳感，并