基于飛秒激光微加工的光纖氫氣傳感技術(shù)研究.pdf

1、隨著氫氣在能源動(dòng)力、食品衛(wèi)生、軍事國防等領(lǐng)域的廣泛使用，隨之而來的氫氣泄露、爆炸等安全問題越來越受到人們的重視。傳統(tǒng)的氫氣傳感器通常基于電化學(xué)的方式來實(shí)現(xiàn)檢測，有發(fā)生爆炸的潛在危險(xiǎn)。光纖氫氣傳感器由于具有本質(zhì)安全、不受電磁干擾、靈敏度高、穩(wěn)定性好、可靠性高、耐腐蝕、體積小等優(yōu)勢(shì)，特別適用于各種惡劣環(huán)境的場合。針對(duì)傳統(tǒng)干涉型光纖傳感器制作工藝復(fù)雜的問題，本文提出了一種利用飛秒激光微加工與磁控濺射鍍膜技術(shù)相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)氫氣檢測的方法。本文的主

2、要研究工作如下:
　　(1)分析了光束傳播法的基本理論;利用RSoft光學(xué)仿真軟件對(duì)光纖馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder)微結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性進(jìn)行了模擬仿真;模擬了微結(jié)構(gòu)在不同參數(shù)（形狀、大小、折射率等）條件下的光譜特性，為傳感器的設(shè)計(jì)和制作提供了理論依據(jù)。
　　(2)研究了基于Mach-Zehnder干涉原理的光纖氫氣傳感器，詳細(xì)分析了其基本原理和制備方法。實(shí)驗(yàn)研究了傳感器在不同氫氣濃度下的響應(yīng)特性。其中，當(dāng)微腔長度為4

3、0μm，膜厚為110 nm時(shí)，傳感器的靈敏度達(dá)到～0.155 nm/％，氫氣濃度每變化4％，響應(yīng)時(shí)間～90 s，并且重復(fù)性較好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這種傳感器有較高的靈敏度，并具有制備簡單、可重復(fù)性好、體積小等優(yōu)點(diǎn)。
　　(3)針對(duì)基于單個(gè)Mach-Zehnder干涉儀的光纖氫氣傳感器存在溫度和氫氣濃度交叉敏感的問題，提出了基于Mach-Zehnder干涉儀和光纖光柵(FBG)相結(jié)合的氫氣濃度測量方案。詳細(xì)介紹了該方案的基本原理和傳感器的