飛秒激光刻蝕新型F-P微腔傳感特性的研究.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)程測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)倍受各國(guó)的重視。光纖F-P干涉?zhèn)鞲衅髯鳛楣饫w傳感器中極為重要的一類,具有體積小、分辨率高、穩(wěn)定性好、成本低廉等突出優(yōu)點(diǎn),成為應(yīng)用最成功的光纖傳感器之一。本文對(duì)光纖F-P干涉?zhèn)鞲衅鞯姆诸惣捌渲谱鞣椒ㄗ隽溯^為詳細(xì)的分析,指出現(xiàn)有光纖F-P干涉?zhèn)鞲衅髟谥谱骱徒Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的不足。在此基礎(chǔ)上,提出并利用飛秒激光刻蝕光纖F-P微腔,設(shè)計(jì)并研制出新型光纖微F-P干涉?zhèn)鞲衅?即V型F-P傳感器)

2、,豐富了F-P光纖干涉儀的結(jié)構(gòu)體系,建立了相關(guān)理論并初步探索了其應(yīng)用。
　　 本文的主要研究工作及創(chuàng)新性成果包括:
　　 1、基于光束經(jīng)過V型腔后反射光強(qiáng)度分布的理論分析,首次建立了光纖非平行F-P微腔的理論模型；依據(jù)該模型數(shù)值仿真了F-P干涉腔底角(不平行度)對(duì)F-P干涉腔輸出光譜特性的影響。結(jié)果表明,隨著光纖F-P干涉腔底角的增加,反射光的強(qiáng)度呈現(xiàn)整體下降趨勢(shì),并且干涉條紋的對(duì)比度也呈非線性地迅速降低；計(jì)算并獲得了V

3、型F-P干涉腔的最大底角值。這些分析為制作高對(duì)比度F-P微腔傳感器提供了理論基礎(chǔ)。
　　 2、在深入分析飛秒激光加工光纖微腔的機(jī)理和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,采用800nm飛秒激光器,通過減小飛秒激光焦斑直徑、超聲波清洗、雙面寫入、化學(xué)腐蝕等措施,制作出了高對(duì)比度的非對(duì)稱V型F-P微腔結(jié)構(gòu)。詳細(xì)分析了V型F-P傳感器的彎曲特性,結(jié)果表明:F-P微腔底角變小時(shí),傳輸光譜整體向短波方向漂移,自由光譜范圍加大,反之亦然。分析了實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果與理論模

4、擬結(jié)果的差異,結(jié)果證明:建立的非平行F-P干涉儀模型適用于V型F-P微腔的計(jì)算與分析。
　　 3、比較系統(tǒng)的研究了非平行F-P微腔的流體傳感特性,結(jié)果發(fā)現(xiàn):非平行F-P干涉儀的開放腔結(jié)構(gòu)易使液體/氣體自由進(jìn)出,這種結(jié)構(gòu)可使待測(cè)流體充分與光纖中的光場(chǎng)相互作用,從而增大了光與物質(zhì)的作用長(zhǎng)度,因此具有較高的折射率靈敏度。將F-P微腔接入光纖環(huán)衰蕩腔(CRDS)傳感系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)濃度測(cè)量。
　　 4、基于飛秒激光刻蝕單模光纖的實(shí)驗(yàn)和理