基于飛秒激光微加工的光纖磁場(chǎng)傳感器研究.pdf

1、光纖磁場(chǎng)傳感器具有抗電磁干擾、耐腐蝕、適應(yīng)各種惡劣環(huán)境、容易多分復(fù)用，適于遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)等優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)有的光纖磁場(chǎng)傳感器多采用磁致伸縮條棒上粘貼光纖光柵的方式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性較差。本文提出了一種基于飛秒激光在光纖光柵包層上加工復(fù)雜微結(jié)構(gòu)的新型光纖磁場(chǎng)傳感器，具有靈敏度高和體積小等優(yōu)點(diǎn)。
　　 提出的新型光纖磁場(chǎng)傳感器主要利用復(fù)雜微結(jié)構(gòu)以改善光纖光柵的伸縮性能，再結(jié)合TbDyFe薄膜的磁致伸縮效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)光纖光柵對(duì)磁場(chǎng)大小的檢測(cè)。文章首先

2、闡述了新型傳感器的基本傳感原理;并從微結(jié)構(gòu)理論分析、飛秒激光加工基礎(chǔ)參數(shù)、光纖復(fù)雜微結(jié)構(gòu)的加工、磁致伸縮膜的制備、磁場(chǎng)傳感探頭的制作等方面展開了一系列的研究;對(duì)試制的光纖光柵磁場(chǎng)傳感器進(jìn)行性能測(cè)試，進(jìn)而對(duì)復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和磁場(chǎng)傳感探頭性能進(jìn)行了分析和優(yōu)化。論文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　 (1)建立了基于光纖光柵微結(jié)構(gòu)和磁致伸縮薄膜的磁場(chǎng)傳感器模型。結(jié)合磁致伸縮原理和光柵傳感原理綜合分析，論證了光纖磁場(chǎng)傳感器的傳感機(jī)制。<

3、br>　　 (2)設(shè)計(jì)了多種可在光纖包層表面制作的三維微結(jié)構(gòu)。首先，從應(yīng)變、應(yīng)力、鍍膜面積、橫截面積等方面對(duì)加工有微結(jié)構(gòu)的光纖進(jìn)行了理論分析，結(jié)果表明，加工有微結(jié)構(gòu)的光纖更容易受外界軸向拉力的影響。其次，對(duì)飛秒激光加工光纖的基本參數(shù)進(jìn)行摸索，為后面制作復(fù)雜的三維微結(jié)構(gòu)提供了參數(shù)依據(jù)。而后，設(shè)計(jì)制作了用于加工三維微結(jié)構(gòu)的夾具系統(tǒng)，采用飛秒激光加工結(jié)合光纖旋轉(zhuǎn)的方法制作出三維微結(jié)構(gòu)，并從結(jié)構(gòu)、尺寸、光譜、形貌等方面分析改進(jìn)，優(yōu)化加工參數(shù)。

4、最后，利用最優(yōu)加工方法和工藝參數(shù)制作了微結(jié)構(gòu)光纖，并利用磁控濺射法在微結(jié)構(gòu)光纖上鍍上了磁致伸縮薄膜，試制了幾種磁場(chǎng)傳感探頭樣品。
　　 (3)制定出了探頭性能測(cè)試方案，搭建靜態(tài)磁場(chǎng)測(cè)試裝置，通過對(duì)制作好的磁場(chǎng)傳感探頭進(jìn)行性能測(cè)試和分析，進(jìn)一步對(duì)傳感探頭的制作方法和使用的加工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同微結(jié)構(gòu)形成的傳感探頭的靈敏度不同，有微結(jié)構(gòu)的探頭的靈敏度是無微結(jié)構(gòu)的探頭的2-5倍，與理論計(jì)算結(jié)果基本一致;另外，微加工工藝參